Descoberta de novo estado magnético em materiais 2D pode revolucionar armazenamento de dados na próxima geração

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Stuttgart descobriu um magnetismo incomum no crometo de triiodeto de cromo em duas dimensões torcido. Essa pesquisa revelou texturas de spin de longa distância que se estendem além do padrão moiré subjacente do material. Os resultados, publicados na revista Nature Nanotechnology em 2 de fevereiro, foram observados em estruturas de crometo de triiodeto de cromo duplo torcido, utilizando imagens magnéticas em escala nanométrica a temperaturas criogênicas. Esse avanço pode ter grandes implicações na criação de armazenamento de dados magnéticos ultra-densos.

Nos últimos anos, os materiais de van der Waals torcidos se tornaram foco principal de estudo, pois pequenos desvios angulares entre camadas atômicas finas produzem super-rede moiré, que modifica fortemente o comportamento eletrônico e magnético.

Através da magnetometria com vacâncias de nitrogênio, os pesquisadores conseguiram mapear diretamente texturas magnéticas ordenadas que ocupam várias células unitárias moiré. Com o aumento do ângulo de torção dentro de um intervalo estreito, as texturas características também cresceram, atingindo cerca de 300 nanômetros com um torção de 1,1 graus, antes de desaparecer a cerca de dois graus. Os recursos individuais dentro dessas texturas mediram aproximadamente 60 nanômetros.

Diferente de estados magnéticos com moiré definido anteriormente no crometo de triiodeto, essas texturas não estão restritas a uma única configuração de empilhamento ou mínimo energético local dentro da rede moiré. Em vez disso, elas formam um estado magnético de “super-moiré” que reorganiza o magnetismo em uma escala maior.

Os pesquisadores atribuíram esse comportamento à competição entre interações de troca, anisotropia magnética e a interação de Dzyaloshinskii-Moriya nas interfaces de dupla camada, que se torna significativa em bilayers torcidos. Quando o período moiré é suficientemente reduzido, as energias em competição favorecem a ordenação magnética que se desacopla do padrão geométrico, resultando em texturas que abrangem várias células.

Os skyrmions antiferromagnéticos são particularmente interessantes, pois espera-se que suprimam o efeito Hall de skyrmions, uma propriedade que poderia simplificar o controle de movimento em conceitos futuros de spintrônica, permitindo um movimento mais reto e controlável. Neste estudo, a equipe demonstrou que o ângulo de torção pode atuar como um parâmetro eficaz para estabilizar tais estados magnéticos em materiais atômicos finos, alterando a ordem magnética sem alterar a composição das camadas.

Embora os resultados sejam promissores, é importante ressaltar que a pesquisa ainda está em estágios iniciais. As medições foram feitas em baixas temperaturas, e o crometo de triiodeto de cromo é sensível ao ar, o que o torna inadequado para integração direta em aplicações fora do laboratório. Contudo, os pesquisadores acreditam que o mecanismo subjacente pode ser transferido para outros materiais magnéticos em camadas, incluindo sistemas com temperaturas de ordenação mais altas.

Esse trabalho também pode ser relevante para futuras tecnologias de armazenamento de dados magnéticos e para aprimorar a compreensão das interações magnéticas em sistemas bidimensionais. À medida que os volumes de dados continuam a aumentar, há uma demanda crescente por mídias de armazenamento magnéticas que possam armazenar informações de forma confiável em densidades cada vez maiores.