Uma equipe internacional de cientistas da Áustria e da Alemanha lançou um novo paradigma em magnetismo e supercondutividade, colocando efeitos de curvatura, topologia e geometria 3D no centro das atenções da pesquisa da próxima década. Os resultados são publicados em Advanced Materials.
Tradicionalmente, o campo primário no qual a curvatura desempenha um papel central é a teoria da relatividade geral. Nos últimos anos, no entanto, o impacto da geometria curvilínea entrou em várias disciplinas, variando da física do estado sólido à física da matéria mole, à química e biologia; e dando origem a uma infinidade de domínios emergentes, como biologia celular curvilínea, semicondutores, superfluidez, óptica, plasmonics e materiais 2D van der Waals. No magnetismo moderno, supercondutividade e spintrônica, estender nanoestruturas para a terceira dimensão tornou-se uma importante avenida de pesquisa por causa de fenômenos induzidos por geometria, curvatura e topologia. Esta abordagem fornece um meio para melhorar as funcionalidades convencionais e lançar novas funcionalidades adaptando a curvatura e a forma 3D.
“Nos últimos anos, surgiram trabalhos experimentais e teóricos que tratam de supercondutores curvilíneos e tridimensionais e nanoarquiteturas (anti-) ferromagnéticas. No entanto, esses estudos têm origem em diferentes comunidades científicas, resultando na falta de transferência de conhecimento entre tais áreas da física da matéria condensada como magnetismo e supercondutividade “, diz Oleksandr Dobrovolskiy, chefe do Laboratório SuperSpin da Universidade de Viena. “Em nosso grupo, lideramos projetos em ambas as áreas temáticas e o objetivo do nosso artigo de perspectiva era construir uma ‘ponte’ entre as comunidades de magnetismo e supercondutividade, chamando a atenção para os aspectos conceituais de como a extensão de estruturas para a terceira dimensão e a geometria curvilínea pode modificar as funcionalidades existentes e auxiliar no lançamento de novas funcionalidades em sistemas de estado sólido. ”
“Em materiais magnéticos, a simetria geometricamente quebrada fornece uma nova caixa de ferramentas para adaptar anisotropia induzida por curvatura e respostas quirais”, disse Denys Makarov, chefe do departamento de Materiais e Sistemas Inteligentes no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. “A possibilidade de ajustar as respostas magnéticas projetando a geometria de um fio ou filme fino magnético é uma das principais vantagens do magnetismo curvilíneo, que tem um grande impacto na física, na ciência dos materiais e na tecnologia. Atualmente, sob seu guarda-chuva, o campo fundamental do magnetismo curvilíneo inclui ferro- e antiferromagnetismo curvilíneo, magnônica curvilínea e spintrônica curvilínea. ”
“A principal diferença no impacto da geometria curvilínea em supercondutores em comparação com (anti-) ferromagnetos reside na natureza subjacente do parâmetro de ordem”, expande Oleksandr Dobrovolskiy. “Nomeadamente, em contraste com os materiais magnéticos, para os quais os funcionais de energia contêm derivados espaciais de campos vetoriais, a descrição de supercondutores também se baseia na análise de funcionais de energia contendo derivados espaciais de campos escalares. Enquanto no magnetismo o parâmetro de ordem é a magnetização (vetor ), para um estado supercondutor, o valor absoluto do parâmetro de ordem tem um significado físico da lacuna de energia supercondutora (escalar). No futuro, a extensão de estruturas híbridas (anti-) ferromagneto / supercondutor para a terceira dimensão permitirá investigações do interação entre efeitos de curvatura em sistemas que possuem parâmetros vetoriais e de ordem escalar. No entanto, esse progresso depende fortemente do desenvolvimento de métodos experimentais e teóricos e do aprimoramento das capacidades de computação. ”
Desafios para investigações de nanoímãs e supercondutores curvilíneos e 3D
Geralmente, os efeitos de curvatura e torção são esperados quando os tamanhos ou características do sistema se tornam comparáveis com as respectivas escalas de comprimento. Entre as várias técnicas de nanofabricação, a escrita de nanoarquiteturas 3D de forma complexa por feixes de partículas focadas exibiu o progresso mais significativo nos últimos anos, transformando esses métodos nas técnicas de escolha para estudos básicos e orientados a aplicações em nanomagnetismo 3D e supercondutividade . No entanto, a abordagem das escalas de comprimento relevantes na faixa de baixa nm (comprimento de troca em ferromagnetos e comprimento de coerência supercondutora em supercondutores nanimpressos) ainda está além do alcance das capacidades experimentais atuais. Ao mesmo tempo, técnicas sofisticadas para a caracterização de configurações magnéticas e sua dinâmica em nanoestruturas de formato complexo estão se tornando disponíveis, incluindo nanotomografia vetorial de raios-X e imagens 3D por laminografia de raios-X suave. Estudos semelhantes de supercondutores são mais delicados, pois requerem condições criogênicas, o que atrai o desenvolvimento de tais técnicas nos próximos anos.
Publicado em 04/11/2021 10h13
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