Uma equipe internacional de físicos observou pela primeira vez vórtices de spin volumétricos em materiais comuns, o que ajudará a levar a eletrônica a um novo nível. Estamos falando de estruturas como sólitons ou hopfions de Hopf. Esta é uma estrutura de campo semelhante a um vórtice estável, que pode ser considerada uma quasipartícula com a qual você pode trabalhar – criar memória, qubits e elementos lógicos de processadores neuromórficos com base nela.
Representação computacional de um hopfion mostrando as direções dos giros no anel. Fonte da imagem: Philip Rybakov
Hopphytons pode ser considerado um análogo tridimensional dos skyrmions. Skyrmions, como estruturas topológicas em um design plano 2D, foram descobertos há muito tempo. Hopfions permaneceram conhecidos pela ciência apenas na forma de soluções para equações complexas, enquanto na prática eles, no caso mais simples, se assemelhariam a uma rosquinha de campo em termos de volume de material. No entanto, os lúpulos puderam ser observados em materiais especialmente sintetizados, mas ainda não em materiais mais comuns.
Uma equipe conjunta de cientistas da Suécia, dos EUA e da China conseguiu alcançar a formação sustentável de lúpulos na espessura de uma placa de ferro e germânio. “Nossos resultados são importantes tanto do ponto de vista fundamental quanto do aplicado, pois surgiu uma nova ponte entre a física experimental e a teoria matemática abstrata, o que poderia levar os hopfions a encontrar aplicações na spintrônica”, disse o principal autor do estudo, Philipp Rybakov, cientista pesquisador. em Fellow, Faculdade de Física e Astronomia, Universidade de Uppsala (Suécia).
Uma compreensão mais profunda de como funcionam os diferentes componentes dos materiais é importante para o desenvolvimento de materiais e tecnologias inovadoras do futuro. Por exemplo, o campo da spintrônica, que estuda o spin dos elétrons, tem oferecido oportunidades promissoras para combinar as propriedades elétricas e magnéticas dos elétrons para aplicações como a nova eletrônica, incluindo lógica e memória. Um exemplo notável disso é o desenvolvimento da memória de rastreamento proposto pela IBM há cerca de dez anos.
Observação do hopfion através de um microscópio eletrônico de transmissão em uma amostra de 180 nm. Fonte da imagem: Fengshan Zheng/Forschungszentrum Jülich
«Como o objeto é novo e muitas de suas propriedades interessantes ainda não foram descobertas, é difícil fazer previsões sobre suas aplicações específicas em spintrônica. No entanto, pode-se supor que os hopfions podem ser de maior interesse durante a transição para a terceira dimensão de quase todas as tecnologias desenvolvidas com base em skyrmions magnéticos: memória de rastreamento, computação neuromórfica, qubits (a unidade básica da informação quântica). Comparados aos skyrmions, os hopfions têm um grau adicional de liberdade devido à sua tridimensionalidade e, portanto, podem se mover não em duas, mas em três dimensões”, explicou Rybakov.