Descoberta de nova quasipartícula redefine o magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/01/2025

Quasipartículas em forma de vórtice surgem nos ímãs na ausência de qualquer campo magnético externo.
[Imagem: J. Guo et al. - 10.1103/PhysRevResearch.6.043144]

Magnetismo dinâmico

Depois de concluírem pela possibilidade da existência real de partículas antes consideradas impossíveis, físicos agora documentaram experimentalmente um novo tipo de quasipartícula, que pode ser encontrada em todos os materiais magnéticos, independentemente da sua resistência ou temperatura.

A existência dessas quasipartículas mostra que o magnetismo não é tão estático como se acreditava, alterando o que acreditávamos saber sobre o assunto.

"Todos nós já vimos bolhas que se formam na água com gás ou outras bebidas carbonatadas," compara o professor Carsten Ullrich, da Universidade do Missouri, nos EUA. "As quasipartículas são como aquelas bolhas, e descobrimos que elas podem mover-se livremente a velocidades notavelmente rápidas."

Assim, esta descoberta pode ajudar no desenvolvimento de uma nova geração de eletrônicos mais rápidos, mais inteligentes e mais eficientes em termos energéticos, do armazenamento magnético de dados à computação com ondas magnéticas. Mas primeiro os cientistas precisarão determinar como essas partículas se comportam nesses processos.

A descoberta foi feita em ímãs em nanoescala fabricados com uma geometria definida. Nos experimentos, a equipe usou filmes finos de neodímio antiferromagnético e paramagnético para construir ímãs com uma estrutura de favo de mel. As quasipartículas são grandes, maiores do que os favos de mel da estrutura cristalina, e relaxam na faixa dos picossegundos.

"Esta descoberta é especialmente importante considerando o fato de que os paramagnetos ou antiferromagnetos não possuem magnetização líquida. No entanto, a cinética nas nanoestruturas de neodímio é quantitativamente semelhante àquela encontrada nas contrapartes ferromagnéticas e varia apenas com a espessura da amostra. Isto sugere que um comportamento dinâmico universal e topológico mediado por quasipartículas pode ser predominante em ímãs nanoscópicos, independentemente da natureza do material magnético subjacente," detalhou a equipe.

Configuração do momento magnético aplicado e a refletividade resultante, simulada numericamente.
[Imagem: J. Guo et al. - 10.1103/PhysRevResearch.6.043144]

Efeitos na spintrônica

Um campo que deverá se beneficiar diretamente da descoberta dessas quasipartículas nos nanoímãs é a spintrônica, ou "eletrônica do spin". Enquanto a eletrônica tradicional usa a carga elétrica dos elétrons para armazenar e processar informações, a spintrônica usa o spin natural dos elétrons, uma propriedade de natureza magnética que está intrinsecamente ligada ao comportamento quântico dos elétrons.

"Por exemplo, a bateria de um telefone celular poderia durar centenas de horas com uma única carga quando alimentada por spintrônica," disse o professor Deepak Singh. "Os elétrons têm duas propriedades: carga e spin. Então, em vez de usar a carga convencional, usamos a propriedade rotacional, ou giratória. É mais eficiente porque o spin dissipa muito menos energia do que a carga."

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