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No campo da spintrônica, espera-se que os dispositivos spintrônicos baseados em skyrmions magnéticos atendam aos requisitos de desempenho de dispositivos futuros, como alta capacidade, alta velocidade e baixo consumo de energia.

No entanto, os skyrmions magnéticos enfrentam muitos desafios na aplicação de dispositivos práticos, entre os quais o controle eficiente da geração e aniquilação dos skyrmions é um dos principais problemas.

Para resolver este problema, o grupo de pesquisa do Professor Associado Hou Yusheng da Escola de Física da Universidade Sun Yat-sen usou cálculos de primeiros princípios para calcular um CrYX (Y = S, Se, Te; X = Cl, Br, I) monocamada baseada na interação intrínseca Dzyaloshinskii – Moriya Foi descoberto em materiais magnéticos Janus que um campo magnético externo pode induzir o aparecimento de skyrmions magnéticos [1].

Foto | Hou Yusheng (Fonte: Hou Yusheng)

Com base nisso, eles levaram em consideração as características de polarização não volátil de materiais ferroelétricos bidimensionais e propuseram um esquema teórico para controlar skyrmions magnéticos em heterojunções bidimensionais de muitos corpos de van der Waals.

Após dois anos de exploração e pesquisa, eles descobriram a conversão entre o estado skyrmion magnético intrínseco e o estado ferromagnético na heterojunção multicorpo bidimensional de van der Waals composta por CrSeI e In 2 Te 3.

Ao mesmo tempo, a fim de ajudar a encontrar e controlar skyrmions magnéticos em outras heterojunções multiferróicas bidimensionais, eles propuseram um descritor conciso para definir com precisão o alcance dos skyrmions magnéticos.

Recentemente, um artigo relacionado foi publicado na Nano Letters com o título "Switching Intrinsic Magnetic Skyrmions with Controllable Magnetic Anisotropy in van der Waals Multiferroic Heterostructures 2], e foi selecionado como artigo de capa da edição atual".

Wang Zequan, estudante de mestrado na Universidade Sun Yat-sen, é o primeiro autor e Hou Yusheng é o autor correspondente.

Figura | Artigos relacionados (Fonte: Nano Letters)

Um dos revisores considerou a descoberta de skyrmions magnéticos intrínsecos e a mudança de estados ferromagnéticos de alta temperatura na multiferroheterojunção bidimensional de van der Waals CrSeI/In 2 Te 3 como "muito interessante".

Ao mesmo tempo, este revisor comentou que o descritor de skyrmion magnético que eles propuseram no artigo pode servir como um "guia útil" para a manipulação de skyrmions magnéticos nas amplamente estudadas heterojunções multiferróicas bidimensionais de van der Waals.

Outro revisor acredita que o esquema teórico proposto desta vez para controlar skyrmions magnéticos em uma heterojunção multiferróica bidimensional de van der Waals usando anisotropia magnética controlável é novo.

(Fonte: Nano Letras)

Dentro de alguns anos, este resultado teórico poderá ter aplicações práticas potenciais.

A primeira aplicação é a memória de trilha.

Ao controlar com precisão a criação e aniquilação de skyrmions magnéticos, é possível projetar memórias de pista com densidades de armazenamento extremamente altas.

Este tipo de memória utiliza a estabilidade topológica dos skyrmions magnéticos para obter armazenamento de informações a longo prazo e, ao mesmo tempo, utiliza a mobilidade dos skyrmions magnéticos para obter rápida leitura e gravação de informações.

Isto aumentará enormemente a densidade e a velocidade do armazenamento de informações e fornecerá novas soluções para armazenamento de dados futuro.

A segunda aplicação são dispositivos de porta lógica.

Ao projetar dispositivos de porta lógica baseados em skyrmions magnéticos, é possível obter rápido processamento e transmissão de informações.

Este tipo de dispositivo de porta lógica utiliza a estabilidade topológica e a mobilidade dos skyrmions magnéticos para implementar operações lógicas na informação, o que pode fornecer novas possibilidades para circuitos de computação.

Ao mesmo tempo, o descritor skyrmion magnético que eles propuseram pode prever e regular com mais precisão o comportamento dos skyrmions magnéticos em materiais bidimensionais, o que é benéfico para o projeto de dispositivos skyrmion magnéticos com melhor desempenho.

(Fonte: Nano Letras)

Com base na pesquisa atual, eles têm planos claros para pesquisas de acompanhamento.

Por um lado, os skyrmions magnéticos, como estrutura de spin especial, têm grande potencial no campo da spintrônica.

Por outro lado, materiais de alta entropia têm sido amplamente pesquisados ​​e aplicados na área de engenharia devido às suas excelentes características de desempenho, como alta sintonizabilidade, alta condutividade e alta resistência à corrosão.

Eles acreditam que a pesquisa sobre a combinação de skyrmions magnéticos e materiais de alta entropia não só tem seu valor único de pesquisa científica, mas também tem amplas perspectivas de aplicação.

Portanto, a equipe irá estudar mais a fundo a existência estável e a regulação de skyrmions magnéticos em materiais de alta entropia.

Através de campos magnéticos externos, campos elétricos, temperatura e outros meios, eles esperam conseguir um controle preciso do comportamento dinâmico dos skyrmions magnéticos, revelando assim o mecanismo de regulação dos skyrmions magnéticos em materiais de alta entropia.

Combinando as excelentes propriedades de materiais de alta entropia, a equipe de pesquisa desenvolverá novos materiais compósitos baseados em skyrmions magnéticos. Espera-se que esses materiais tenham melhor desempenho, menor custo e perspectivas de aplicação mais amplas.

Referências:

1. Yusheng Hou, Feng Xue, Liang Qiu, Zhe Wang, Ruqian Wu, Materiais Computacionais Npj, 8, 120 (2022)

2.Wang, ZQ, Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R., & Hou, Y. (2024). Comutação de skyrmions magnéticos intrínsecos com anisotropia magnética controlável em heteroestruturas multiferróicas de van der Waals.Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

Composição: He Chenlong, Liu Yakun

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