Pesquisadores da Florida State University criaram um novo material cristalino que exibe comportamentos magnéticos em redemoinho complexos não encontrados em seus compostos parentais. Ao misturar dois materiais estruturalmente incompatíveis, mas quimicamente semelhantes, a equipe induziu giros atômicos a formar texturas semelhantes a skyrmions. Este avanço, detalhado no Journal of the American Chemical Society, pode avançar o armazenamento de dados e tecnologias quânticas.
Cientistas da Florida State University desenvolveram um novo material cristalino combinando dois compostos: um feito de manganês, cobalto e germânio, e outro de manganês, cobalto e arsênico. Esses elementos são adjacentes na tabela periódica, tornando os compostos quimicamente semelhantes, mas estruturalmente distintos devido a simetrias cristalinas diferentes. Essa incompatibilidade leva a uma frustração estrutural, onde os arranjos atômicos competem, impedindo um padrão estável simples. O cristal híbrido resultante mostra giros atômicos organizados em padrões de redemoinho intricados e repetitivos conhecidos como texturas de spin semelhantes a skyrmions, em vez dos alinhamentos lineares usuais em ímãs convencionais. «Pensamos que talvez essa frustração estrutural se traduzisse em frustração magnética», explicou o coautor Michael Shatruk, professor no Departamento de Química e Bioquímica da FSU. «Se as estruturas estão em competição, talvez isso faça os giros se torcerem». Para confirmar a estrutura magnética, os pesquisadores empregaram difração de nêutrons em cristal único no instrumento TOPAZ no Spallation Neutron Source do Oak Ridge National Laboratory. Essa técnica revelou os arranjos de spin cicloidais. Os achados apareceram no Journal of the American Chemical Society em 2025 (volume 147, número 47, página 43550). Essas texturas semelhantes a skyrmions oferecem vantagens para a tecnologia, incluindo armazenamento de dados mais denso em discos rígidos, menor uso de energia em eletrônicos e sistemas de computação quântica mais confiáveis que resistem a erros. «Com dados de difração de nêutrons em cristal único do TOPAZ e novas ferramentas de redução de dados e aprendizado de máquina do nosso projeto LDRD, agora podemos resolver estruturas magnéticas muito complexas com muito maior confiança», observou Xiaoping Wang, cientista de espalhamento de nêutrons em Oak Ridge. Diferente de abordagens passadas que triavam materiais existentes, este trabalho projetou o cristal intencionalmente usando princípios químicos para prever comportamentos de spin. «É pensamento químico, porque estamos pensando sobre como o equilíbrio entre essas estruturas as afeta e a relação entre elas, e então como isso pode se traduzir na relação entre giros atômicos», disse Shatruk. O coautor Ian Campbell, estudante de pós-graduação, acrescentou: «A ideia é ser capaz de prever onde essas texturas de spin complexas aparecerão». O estudo envolveu colaboradores da European Synchrotron Radiation Facility, University of Science and Technology Beijing, RWTH Aachen University e Oak Ridge, apoiado pela National Science Foundation.
