Materiais capazes de mesclar eletricidade e magnetismo poderão revolucionar computação

Don Monroe - Physical Review Focus - 17/09/2007

Os microfones utilizam um material que mescla vibrações e campos elétricos a fim de transformar com alta eficiência o som em eletricidade. Os físicos esperam revolucionar a computação com materiais similares, capazes de combinar eletricidade e magnetismo. Uma nova teoria sugere a existência de uma nova classe desses materiais multiferróicos.

Nos computadores, o magnetismo tem o mérito de armazenar informações, mas são os sinais elétricos que fazem os cálculos computacionais propriamente ditos. Muitos físicos acreditam que materiais que contenham tanto campos magnéticos quanto campos elétricos poderão permitir a criação de dispositivos computacionais inteiramente novos. Mas as duas propriedades raramente coexistem.

Mesclando eletricidade e magnetismo

Agora, pesquisadores descreveram uma nova técnica por meio da qual esse estado combinado pode ocorrer. A idéia amplia a gama de materiais que são potenciais candidatos para criar esse novo paradigma da computação.

Cada 0 ou 1 digital armazenado em um disco rígido é representado por um ponto microscópico de material magnético - um pedaço de magneto permanente, ou ferromagneto. Já os materiais ferroelétricos, que têm um alinhamento permanente da sua carga elétrica, são menos familiares, mas são utilizados, por exemplo, em microfones.

Os físicos têm sonhado com materiais que sejam simultaneamente ferromagnéticos e ferroelétricos. Nesse material multiferróico, eles esperam, um minúsculo campo magnético poderá controlar uma corrente elétrica. Ou talvez, um minúsculo sinal elétrico poderá reverter o campo magnético do material, ou alinhar magneticamente os spins dos elétrons que o atravessem, permitindo novos tipos de dispositivos spintrônicos.

Materiais Multiferróicos

Para essas aplicações, contudo, o comportamento elétrico e magnético devem influenciar fortemente um ao outro. "Os multiferróicos interessantes são aqueles nos quais você tem um acoplamento entre os dois," afirma Jeroen van den Brink, da Universidade de Leiden, Holanda.

Infelizmente, os mecanismos usuais que produzem a ferroeletricidade e o ferromagnetismo são incompatíveis ao nível atômico, de forma que eles raramente ocorrem juntos, quanto menos interagirem. Os cientistas já construíram materiais multiferróicos, por exemplo, misturando componentes que possuíam cada uma das propriedades. Eles também descobriram a coexistência dos dois em alguns materiais uniformes, mas isso parece exigir um padrão incomum, helicoidal, de magnetismo em escala atômica.

Magnetismo helicoidal

Van den Brink e seus colegas agora propõem um mecanismo menos exótico por meio do qual um material pode se tornar multiferróico. Sua teoria foi motivada por recentes experimentos de desorientação ("perplexing"), onde materiais chamados manganitos de terras-raras se tornam multiferróicos a baixas temperaturas, mesmo se eles não tiverem o padrão de magnetismo helicoidal.

Esses materiais formam as chamadas ondas de densidade de spin, nas quais os spins dos átomos - que se comportam como se fossem uma barra magnética - se organizam em camadas apontando alternadamente em direções opostas. Os pesquisadores afirmam que essa ordem magnética pode gerar um campo elétrico macroscópico.

Magnetismo em escala atômica

Os pesquisadores começam com a conjectura de que uma magnetização que se altera de um ponto para outro em escala atômica - ao contrário do magnetismo uniforme em um ferromagneto normal - gera um pequeno campo elétrico. Embora eles não saibam em detalhes como isto pode acontecer, isso não viola nenhuma das leis conhecidas e permite uma explicação simples dos dados.

Sua teoria então mostra como um campo em grande escala pode ser gerado se o período da onda de densidade spin é um múltiplo exato do período do espaçamento entre as camadas atômicas, além de ser deslocado de posicão em relação às camadas.

Essas condições parecem ser atendidas nas temperaturas nas quais os manganitos de terras-raras se tornam multiferróicos. A teoria também sugere que os pesquisadores devem procurar por um campo elétrico permanente em outros materiais que formam ondas de densidade spin, tais como certos cristais moleculares orgânicos.

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