Magnetismo secreto dos antiferromagnetos é desvendado com hologramas de raios-X

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/05/2007

Magnetismo secreto

Os materiais magnéticos, ou ferromagnéticos, são bem conhecidos e utilizados em um sem-número de aplicações, dos mais simples motores elétricos até os discos rígidos de computador e as memórias não-voláteis mais modernas.

O mesmo não acontece com os materiais antiferromagnéticos. Apesar do nome sugerir uma oposição, esses materiais são primos próximos dos materiais magnéticos tradicionais. Só que o seu magnetismo é uma espécie de segredo bem guardado: ele só existe em escala atômica e não pode ser detectado em macro-escala.

O metal cromo, por exemplo, o antiferromagneto clássico, mantém o seu magnetismo secreto confinado a regiões muito pequenas, nas quais os átomos se comportam como minúsculos ímãs. Mas os átomos adjacentes se alinham em posições opostas, anulando os efeitos uns dos outros e deixando o material como um todo magneticamente neutro.

Hologramas com raios-X

Até agora, estudá-los era virtualmente impossível, devido às dimensões minúsculas dessas regiões magnéticas. Não havia tecnologia disponível que permitisse aos cientistas ter uma visão precisa das regiões magnéticas individuais, já que elas são pequenas demais para serem medidas. Isso é necessário para descobrir como elas se comportam e como tirar proveito delas, criando materiais úteis ao homem.

A solução veio com a utilização de técnicas de raios-X ultra-modernas, só agora disponíveis. Os raios-X possuem um comprimento de onda ao redor de 10 nanômetros, a mesma dimensão dos domínios magnéticos dos materiais antiferromagnéticos. Isso permitiu não apenas fotografar esses domínios, mas também construir imagens 3-D, verdadeiros hologramas desses domínios magnéticos.

"Isto só se tornou possível nos anos recentes com a disponibilidade de fontes coerentes de raios-X, como a Advance Photon Source, e o futuro parece ainda mais brilhante com o desenvolvimento de fontes de raios-X totalmente coerentes, chamadas Free Electron Lasers, o que deverá acontecer nesses próximos anos," explica o professor Gabriel Aeppli.

"Esse avanço levou nosso entendimento da dinâmica interna dos antiferromagnetos para onde nós estávamos há 90 anos atrás com os ferromagnetos," diz Aeppli.

Computadores quânticos

Além de produzir os primeiros hologramas dos materiais antiferromagnéticos, a pesquisa também mostrou que os domínios ferromagnéticos variam ao longo do tempo, mesmo em temperaturas criogênicas.

A melhor explicação para esse comportamento pode ser encontrada na mecânica quântica e estas experiências abrem o caminho para a utilização dos antiferromagnetos em tecnologias emergentes, como a computação quântica.

Ao invés de utilizar tecnologias complicadíssimas para a criação de átomos artificiais, é muito mais fácil aproveitar átomos que já existam - desde que se descubra como controlá-los.

"Entender isto é o primeiro passo rumo à manipulação dos antiferromagnetos em nano-dispositivos úteis que explorem [esse fenômeno]," diz Oleg Shpyrko, outro membro da equipe.

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