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Tese premiada investiga manipulação de fases magnéticas da matéria para transporte e processamento de dados

Sistemas analisados são promissores para aplicações em novas tecnologias de rápido processamento e baixo consumo energético

O pesquisador Raí Menezes, doutor pelo Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), desenvolveu a tese “Skyrmionics and Magnonics in Chiral Ferromagnets: from micromagnetic to atomistic control”, contemplada pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) no 17º Prêmio Capes de Tese 2022. A pesquisa tem como tema o estudo teórico e computacional de skyrmions e ondas de spin (mágnons) em materiais magnéticos.

Os skyrmions são espécies de redemoinhos nanoscópicos de magnetismo, e os mágnons, pequenas ondulações de magnetismo geradas por um campo eletromagnético externo. A tese de doutorado, que foi produzida sob orientação do professor Clécio Silva, revela possíveis técnicas de manipulação dessas fases magnéticas da matéria para o transporte e processamento de informação. “O transporte controlado dessas excitações é um dos grandes desafios atuais da spintrônica, área que estuda a transferência e armazenamento de dados por intermédio do spin dos elétrons. O trabalho procura entender melhor como essas excitações podem ser criadas e controladas em materiais magnéticos nanoestruturados”, descreve o professor.

Apesar de a tese se desenvolver na área de pesquisa básica ao elucidar aspectos fundamentais relacionados a skyrmions e mágnons em materiais magnéticos, vários desses aspectos, agora revelados, podem ser explorados, no futuro, para o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas na spintrônica ou na magnônica. “Em nossa pesquisa, exploramos e caracterizamos várias alternativas para a manipulação de skyrmions e ondas de spin em diferentes materiais, desde magnetos quirais espessos, estruturas híbridas de supercondutores e magnetos, até materiais magnéticos bidimensionais”, explica Raí. O estudo sugere que esses sistemas são candidatos promissores para aplicações em novas tecnologias de rápido processamento e baixo consumo energético. Há grande expectativa em se utilizar os skyrmions para armazenamento e transporte de informação em altas velocidades, altas densidades e baixo consumo energético devido ao seu pequeno tamanho e aos baixos valores de corrente elétrica necessários para deslocá-los.  

Os resultados indicam alternativas para o uso de fases magnéticas em nanodispositivos tecnológicos dentro do campo da spintrônica – contraparte da eletrônica em que a informação é transmitida através de propriedades magnéticas do material, ao invés de cargas elétricas. “Lembramos que a comutação entre estados magnéticos topologicamente distintos é proposta como uma operação de bits (dígitos binários) para armazenamento de informações”, comenta o pesquisador. Ele explica que na pesquisa foram estudadas propriedades fundamentais de alguns materiais, como, por exemplo, o acoplamento de skyrmions magnéticos e vórtices supercondutores em heteroestruturas magneto-supercondutoras. “Realizamos simulações numéricas, com base em observações experimentais, para demonstrar um objeto topológico híbrido, o par skyrmion-vórtice, que abriga recursos promissores tanto para a spintrônica quanto para aplicações em computação quântica”, exemplifica.

Defendida em 2021, a tese foi produzida em cotutela e também teve orientação do professor Milorad Milosevic, da Universidade de Antuérpia, na Bélgica. Os dez artigos produzidos durante a tese contaram com a participação de outros estudantes dos grupos de Recife e de Antuérpia e com a colaboração de vários grupos experimentais de renome internacional.

Mais informações
Programa de Pós-Graduação em Física da UFPE
(81) 2126.7640 / 2126.8449

posgrad.df@ufpe.br 

Raí Menezes
rai.menezes3@gmail.com
rai.macieldemenezes@uantwerpen.be