Spintrônica II: Salto tecnológico pode estar a um hópfion de distância

Dos skyrmions aos hópfions
Uma década atrás, a descoberta de quasipartículas chamadas skyrmions magnéticos forneceu novas ferramentas para a spintrônica, uma nova classe de eletrônica que usa a orientação do spin de um elétron, em vez de sua carga, para codificar dados.
Skyrmions são formados na superfície de alguns materiais quando os spins dos elétrons - imagine uma seta ao redor da qual cada elétron gira - se organizam coletivamente, formando um vórtice magnético. Como um vórtice pode girar num sentido ou noutro, os cientistas logo tiveram a ideia de usá-los para guardar dados, sendo 0 um sentido e 1 o outro. Embora tenham sido feitos muitos progressos nesses dez anos, os físicos ainda não entendem perfeitamente como projetar materiais spintrônicos que permitam usar os skyrmions de forma prática - na teoria eles são ultraminiaturizados, ultrarrápidos e consomem pouquíssima energia.
Inicialmente, parecia que os skyrmions eram meramente superficiais, ou seja, objetos 2D. Os experimentos, contudo, começaram a mostrar que os skyrmions 2D poderiam gerar um padrão de rotação 3D, que passou a ser chamado hópfion, em homenagem ao matemático Heinz Hopf [1894-1971].
Mas ninguém até agora havia sido capaz de provar experimentalmente que os hópfions magnéticos de fato existem. Hópfions saem da teoria
Noah Kent e uma equipe de várias instituições acaba de conseguir exatamente isso: a primeira demonstração e observação de hópfions 3D emergindo de skyrmions em nanoescala em um material magnético.
Os pesquisadores afirmam que sua descoberta abre o caminho para a construção de memórias magnéticas de alta densidade, alta velocidade e baixo consumo de energia, além de serem ultraestáveis, tudo explorando o poder intrínseco do spin de elétrons individuais.
"Nós não apenas provamos que existem de fato texturas de spin complexas [manifestando-se] como hópfions 3D; nós também demonstramos como estudá-las e, portanto, como tirar proveito deles," disse o professor Peter Fischer, dos Laboratórios Berkeley. "Para entender como os hópfions realmente funcionam, temos que saber como produzi-los e como estudá-los."
De acordo com estudos anteriores, ao contrário dos skyrmions, os hópfions, não derivam - não saem da estrada - quando se movem ao longo de um material, o que os torna excelentes candidatos para tecnologias de transporte dados.
Mapeamento do hópfion no interior de uma estrutura semicondutora multicamada.
Hópfions
Enquanto os skyrmions são descritos como redomoinhos magnéticos superficiais, os hópfions são tridimensionais e podem ter o formato de anel, elo ou até de um nó.
Na verdade, eles são sólitons enrolados sobre si mesmos - o nome hópfion é uma contração de sóliton de Hopf -, lembrando que um sóliton é uma onda muito estável, que não se desmancha facilmente, não perdendo sua energia e nem o seu formato. Dos sólitons, os hópfions herdam a resiliência, não podendo ser facilmente "desenrolados" em suas ondas originais, o que indica que eles poderão ser guardadores de dados muito resistentes.