Novo tipo de magnetismo


O físico japonês Yosuke Nagaoka concebeu, em 1966, um tipo de magnetismo produzido por um movimento aparentemente não natural de elétrons dentro de um material hipotético. Agora, uma equipe de físicos (Swiss Federal Institute of Technology Zurich, Universitat de Barcelona, University of Tennessee, e National Institute for Materials Science, Tsukuba/Japan) descobriu uma versão das previsões de Nagaoka ocorrendo dentro de um material projetado com apenas seis átomos de espessura.

A descoberta, publicada recentemente na revista Nature, marca o mais recente avanço na busca de cinco décadas pelo ferromagnetismo pensado por Nagaoka, em que um material magnetiza à medida que os elétrons dentro dele minimizam a sua energia cinética, em contraste com os ímãs tradicionais. 

leia o estudo completo aqui.

Em 2020, os pesquisadores criaram o ferromagnetismo de Nagaoka em um minúsculo sistema contendo apenas três elétrons, um dos menores sistemas possíveis em que o fenômeno pode ocorrer. No novo estudo, a equipe fez isso acontecer em um sistema estendido: uma estrutura padronizada chamada rede moiré que é formada por duas folhas finas de nanômetros.

O ferromagnetismo tradicional surge porque os elétrons se repelem. De acordo com a mecânica quântica, os elétrons têm outras propriedades críticas e, entre elas, uma propriedade chamada spin, que é como um ímã interno que pode apontar para cima ou para baixo. E mais: dois elétrons não podem estar no mesmo estado quântico. ‘Como consequência, elétrons com o mesmo spin vão se afastar uns dos outros, mas se estiverem no mesmo lugar, com o mesmo spin, correm o risco de ocupar o mesmo estado quântico. Então, esses elétrons sobrepostos com spins paralelos ficam mais distantes uns dos outros do que estariam. Na presença de um campo magnético externo, este fenômeno pode ser forte o suficiente para persuadir os spins dos elétrons a se alinharem como pequenas barras magnéticas, criando um campo magnético macroscópico dentro do material. Em metais como o ferro, essas interações eletrônicas, chamadas interações de troca, são tão potentes que a magnetização induzida é permanente, desde que o metal não seja muito aquecido’.

Nagaoka teorizou que as interações de troca podem não ser a única maneira de tornar um material magnético. ‘Ele idealizou a energia geral da rede estaria no seu nível mais baixo quando os spins dos seus elétrons estivessem todos alinhados. Cada configuração eletrônica teria a mesma aparência – como se os elétrons fossem peças idênticas no quebra-cabeça deslizante mais enfadonho do mundo. Esses giros paralelos, por sua vez, tornariam o material ferromagnético.

A equipe de cientistas agora acredita que pode criar o magnetismo de Nagaoka. Mas suas pesquisas analisam o comportamento ferromagnético em temperaturas geladas de 140 milikelvins – ainda longe de se tornar algo comum, mas que potencialmente aponta o caminho para novos mecanismos para supercondutividade.

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