Físicos observam ‘Vortex Rings’ em um material magnético pela primeira vez

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Onde quer que haja fluido, você também pode encontrar anéis de vórtice.

Agora, os cientistas descobriram anéis de vórtice em algum lugar fascinante – dentro de um pequeno pilar feito de um material magnético, o composto intermetálico de gadolínio-cobalto GdCo2.

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Se você já viu anéis de fumaça ou bolhas sob a água, viu anéis de vórtice: vórtices em forma de rosquinha que se formam quando o fluido volta para si mesmo após ser forçado a passar por um buraco.

Físicos observam 'Vortex Rings' em um material magnético pela primeira vez
Foto: (Reprodução/ Internet)

A nova descoberta é a primeira vez que anéis de vórtice foram identificados em um material magnético, confirmando uma previsão de décadas – e pode ajudar os cientistas a identificar estruturas magnéticas ainda mais complexas que podem ser aproveitadas para desenvolver novas tecnologias.

Os vórtices de anel magnético foram previstos mais de 20 anos atrás em 1998, quando o físico Nigel Cooper, da Universidade de Cambridge, demonstrou que os vórtices magnéticos são análogos aos anéis de vórtice vistos na dinâmica dos fluidos. Na verdade, encontrá-los, no entanto, era muito mais difícil de fazer.

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Na verdade, não foi até 2017 quando a tecnologia foi desenvolvida para magnetizar a imagem dentro de um material além da camada superficial. Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer e ETH Zurique desenvolveram uma técnica de nanotomografia de raios-X para criar imagens da estrutura de magnetização tridimensional dentro de um ímã de massa GdCo 2.

O que foi identificado durante os experimentos? 

Físicos observam 'Vortex Rings' em um material magnético pela primeira vez
Foto: (Reprodução/ Internet)

Durante esses experimentos, os pesquisadores, liderados pela física Claire Donnelly, da ETH Zurich, identificaram vórtices como aqueles que aparecem quando você puxa o plugue de uma pia cheia de água. Esses vórtices foram emparelhados com suas contrapartes topológicas, antivórtices.

Naqueles mesmos minúsculos pilares GdCo 2, os pesquisadores também encontraram loops magnéticos fechados, presentes também em pares de vórtice-antivórtex. 

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Foi só depois de analisar computacionalmente essas estruturas no contexto de vorticidade magnética que a equipe descobriu que eram vórtices em anel em forma de donut, interseccionados por singularidades de magnetização – um ponto onde a magnetização desaparece – que refletem a reversão de polarização do vórtice e do antivórtex.

Físicos observam 'Vortex Rings' em um material magnético pela primeira vez
Foto: (Reprodução/ Internet)

Mas, surpreendentemente, eles não se comportam exatamente como previsto. Os vórtices de anel de fluido estão sempre em movimento e não duram muito, então era esperado que os vórtices de anel magnético se comportassem da mesma maneira, rolando através do material magnético antes de se dissipar.

Em vez disso, os vórtices pararam em uma configuração estática, apenas desaparecendo depois que o GdCo 2 foi recozido – aquecido e exposto a um forte campo magnético, um processo usado para reorientar a magnetização.

Qual é a conclusão de tudo isso? 

Físicos observam 'Vortex Rings' em um material magnético pela primeira vez
Foto: (Reprodução/ Internet)

Em outras palavras, os vórtices interagem com as estruturas de magnetização ao seu redor, que fixam os anéis no lugar, resultando na estabilização. 

Estudar como eles se formam e permanecem estáveis ​​pode ajudar os físicos a aprender como controlar os anéis de vórtice magnéticos, que por sua vez podem ajudar a desenvolver tecnologias melhores, como armazenamento de dados e engenharia neuromórfica.

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Mas os anéis de vórtice também podem nos ajudar a entender melhor a magnetização. O papel das singularidades nos processos de magnetização, por exemplo, é mal compreendido. E a observação de anéis de vórtice sugere que outras estruturas complexas poderiam ser estudadas com mais detalhes, como os solitons (ondas magnéticas).

Traduzido e adaptado por equipe Saibamais

Fonte: ScienceAlert

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