A teoria da memória magnética em materiais bidimensionais foi comprovada experimentalmente — será que podemos esperar avanços significativos na capacidade dos discos rígidos?

Físicos da Universidade do Texas em Austin observaram experimentalmente, pela primeira vez, uma sequência completa de fases magnéticas exóticas em um material magnético atomicamente fino (monocamada). O experimento criou ilhas de magnetização estáveis ​​com dimensões de alguns nanômetros, o que promete abrir caminho para dispositivos de armazenamento com capacidade muito maior do que, por exemplo, discos rígidos.

Fonte da imagem: Universidade do Texas em Austin

A teoria sugere que, durante o resfriamento, um material bidimensional com espessura atômica passa sequencialmente por duas fases. Cada fase foi observada individualmente por cientistas, mas ninguém ainda conseguiu reproduzir o ciclo completo.

Por exemplo, quando o material é resfriado a temperaturas entre -150 e -130 °C, surge a fase de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT), na qual os momentos magnéticos dos átomos formam estruturas de vórtices estáveis ​​— pares de vórtices acoplados, girando em direções opostas e confinados ao volume do material bidimensional. O diâmetro de cada vórtice não excede alguns nanômetros.

Com o resfriamento adicional, o material transita para uma segunda fase magnética distinta, chamada fase de relógio de seis estados ordenado, na qual os momentos magnéticos adotam uma das seis orientações possíveis no plano, sujeitas à simetria. Em certo sentido, isso é semelhante aos números em um mostrador de relógio, de onde essa fase tira seu nome. Esses estados são estáveis ​​e de longa duração, criando a base para o uso dessa tecnologia na gravação de informações.

O efeito foi obtido em um cristal de trissulfeto de níquel-fósforo (NiPS₃). Foi confirmado tanto teoricamente quanto por observação usando micropolarimetria óptica não linear.

A descoberta confirma modelos fundamentais do magnetismo bidimensional e da física topológica, incluindo as contribuições do físico soviético Vadim Berezinskii, cujas ideias formaram a base da transição BKT (pelo desenvolvimento dessa teoria, Kosterlitz e Thouless receberam o Prêmio Nobel de Física de 2016).

A importância do trabalho reside na demonstração de transições excepcionalmente estáveis.Vórtices magnéticos em nanoescala em um sistema puramente bidimensional abrem novos caminhos para o controle do magnetismo em nível atômico. No futuro, os cientistas planejam encontrar materiais nos quais essas fases se estabilizem em temperaturas mais altas (próximas à temperatura ambiente), o que poderá levar à criação de nanodispositivos magnéticos ultracompactos, avanços na espintrônica e outras tecnologias.