Hopfions, estruturas de spin magnético previstas décadas atrás, tornaram-se um tópico de pesquisa quente e desafiador nos últimos anos. Num estudo publicado na Nature , a primeira evidência experimental é apresentada por uma colaboração de investigação sueco-alemã-chinesa.

“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 , potencialmente levando os lúpulos a encontrar uma aplicação na spintrônica”, diz Philipp Rybakov, pesquisador do Departamento de Física. e Astronomia na Universidade de Uppsala, Suécia.

Uma compreensão mais profunda de como funcionam os diferentes componentes dos materiais é importante para o desenvolvimento de materiais inovadores e tecnologias futuras. O campo de pesquisa da spintrônica, por exemplo, que estuda o spin dos elétrons, abriu possibilidades promissoras para combinar a eletricidade e o magnetismo dos elétrons para aplicações como a nova eletrônica.

Skyrmions e hopfions magnéticos são estruturas topológicas - configurações de campo bem localizadas que têm sido um tema de pesquisa importante na última década devido às suas propriedades únicas semelhantes a partículas, que os tornam objetos promissores para aplicações spintrônicas.

Skyrmions são bidimensionais, assemelhando-se a cordas semelhantes a vórtices, enquanto hopfions são estruturas tridimensionais dentro de um volume de amostra magnética que se assemelha a cordas skyrmion fechadas e torcidas na forma de um anel em forma de donut, no caso mais simples.

Apesar da extensa pesquisa nos últimos anos, a observação direta de lúpulos magnéticos só foi relatada em material sintético. Este trabalho atual é a primeira evidência experimental de tais estados estabilizados em um cristal de placas FeGe tipo B20 usando microscopia eletrônica de transmissão e holografia.

Os resultados são altamente reprodutíveis e estão totalmente de acordo com simulações micromagnéticas. Os pesquisadores fornecem uma classificação unificada de homotopia skyrmion -hopfion e oferecem informações sobre a diversidade de sólitons topológicos em ímãs quirais tridimensionais.

As descobertas abrem novos campos na física experimental: identificação de outros cristais nos quais os lúpulos são estáveis, estudo de como os lúpulos interagem com correntes elétricas e de spin, dinâmica dos lúpulos e muito mais.

"Como o objeto é novo e muitas de suas propriedades interessantes ainda precisam ser descobertas, é difícil fazer previsões sobre aplicações spintrônicas específicas. No entanto, podemos especular que os lúpulos podem ser de maior interesse ao atualizar para a terceira dimensão de quase qualquer tecnologia sendo desenvolvido com skyrmions magnéticos : memória de pista, computação neuromórfica e qubits", explica Rybakov.

"Comparados aos skyrmions, os hopfions têm um grau adicional de liberdade devido à tridimensionalidade e, portanto, podem se mover em três, em vez de duas dimensões."