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Um novo cristal força ímãs atômicos a torcerem-se de maneiras estranhas.
Pesquisadores da Florida State University engenharam um novo material cristalino que induz momentos magnéticos em escala atômica a formar padrões cíclicos estáveis e giratórios conhecidos como texturas de spin semelhantes a skyrmions. Essas intrincadas configurações de spin surgem da frustração estrutural e têm um grande potencial para avançar no armazenamento de dados de baixo consumo energético, eletrônicos eficientes e tecnologias de informação quântica devido à sua estabilidade e requisitos mínimos de energia para manipulação.
A nível atômico, o magnetismo origina-se do spin intrínseco dos elétrons, que se comporta como pequenos ímãs direcionais. Em materiais magnéticos convencionais, os spins normalmente se alinham ferromagneticamente (todos na mesma direção) ou antiferromagneticamente (alternando). Aqui, no entanto, os spins não conseguem se resolver em uma ordem simples e, em vez disso, organizam-se em espirais complexas e repetitivas.
A descoberta resulta da combinação deliberada de dois compostos estruturalmente incompatíveis, mas intimamente relacionados: MnCoGe (manganês-cobalto-germânio) e MnCoAs (manganês-cobalto-arsênio).
Embora o germânio e o arsênio sejam elementos vizinhos na tabela periódica—tornando os compostos quimicamente semelhantes—suas distintas simetrias cristalinas (hexagonal/ortorrômbica para variantes de MnCoGe versus ortorrômbica para MnCoAs) criam preferências estruturais concorrentes quando ligadas. Essa incompatibilidade gera frustração a nível da rede atômica, que se traduz em frustração magnética, compelindo os spins a torcerem-se em padrões não triviais desejados.
Para verificar essas texturas semelhantes a skyrmions, a equipe empregou difração de nêutrons de cristal único no instrumento TOPAZ na Spallation Neutron Source do Oak Ridge National Laboratory, confirmando a presença de arranjos de spin cíclicos em escala nanométrica—ideais para potencial integração em dispositivos compactos.
Uma vantagem chave é o controle de baixa energia desses padrões, que poderia permitir memória magnética ultraeficiente (por exemplo, discos rígidos de maior densidade e menor consumo de energia) ou proteção robusta de estados quânticos. Ao contrário de pesquisas anteriores sobre skyrmions, que muitas vezes envolviam a triagem de materiais existentes empiricamente, este trabalho representa uma abordagem racional e orientada ao design usando "pensamento químico" para direcionar limites composicionais específicos e prever magnetismo complexo emergente.
[Wang, Y., Campbell, I., Tener, Z. P., Clark, J. K., Graterol, J., Rogalev, A., Wilhelm, F., Zhang, H., Long, Y., Dronskowski, R., Wang, X., & Shatruk, M. (2025). Texturas de Spin Semelhantes a Skyrmions Emergindo no Material Derivado da Frustração Estrutural. Journal of the American Chemical Society, 147(47), 43550–43559. DOI: 10.1021/jacs.5c12764]

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