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Um novo cristal força ímãs atômicos a se torcerem de maneiras estranhas.
Pesquisadores da Florida State University desenvolveram um material cristalino inovador que induz momentos magnéticos em escala atômica para formar padrões cicloidais estáveis e giratórios conhecidos como texturas de spin semelhantes às de skyrmion. Essas configurações complexas de spin surgem da frustração estrutural e apresentam grande potencial para o avanço do armazenamento de dados de baixa energia, da eletrônica eficiente e das tecnologias de informação quântica, devido à sua estabilidade e requisitos mínimos de energia para manipulação.
No nível atômico, o magnetismo se origina do spin intrínseco dos elétrons, que se comporta como pequenos ímãs direcionais. Em materiais magnéticos convencionais, spins normalmente se alinham ferromagneticamente (todos na mesma direção) ou antiferromagneticamente (alternando). Aqui, porém, os spins não podem se resolver em ordem simples e, em vez disso, se organizam em espirais complexas e repetidas.
O avanço decorre da combinação deliberada de dois compostos intimamente relacionados, mas estruturalmente incompatíveis: MnCoGe (manganês-cobalto-germânio) e MnCoAs (manganês-cobalto-arsênico).
Embora germânio e arsênico sejam elementos vizinhos na tabela periódica — tornando os compostos quimicamente semelhantes — suas simetrias cristalinas distintas (hexagonal/ortorrómbica para variantes MnCoGe versus ortorrómbicas para MnCoAs) criam preferências estruturais concorrentes quando ligadas. Esse desajuste gera frustração no nível da rede atômica, que se traduz em frustração magnética, obrigando os spins a se torcerem nos padrões não triviais desejados.
Para verificar essas texturas semelhantes às de skyrmion, a equipe utilizou difração de nêutrons de cristal único no instrumento TOPAZ na Fonte de Nêutrons por Espalação do Laboratório Nacional de Oak Ridge, confirmando a presença de arranjos de spin cicloidais em nanoescala — ideal para possível integração em dispositivos compactos.
Uma vantagem chave é o controle de baixa energia desses padrões, que pode permitir memória magnética ultraeficiente (por exemplo, discos rígidos de maior densidade e menor consumo) ou proteção robusta de estados quânticos. Diferentemente de pesquisas anteriores sobre os skyrmion, que frequentemente envolviam a triagem empirica de materiais existentes, este trabalho representa uma abordagem racional e orientada pelo design, utilizando o "pensamento químico" para atingir 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 Skyrmion emergindo no material derivadas da frustração estrutural. Revista da Sociedade Americana de Química, 147(47), 43550–43559. DOI: 10.1021/jacs.5c12764]

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