Spin de um átomo é fotografado pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/04/2010

As diferenças no formato e na aparência de cada um dos átomos de cobalto são causadas pelas diferenças na direção dos seus spins.
[Imagem: Saw-Wai Hla]

Spin

Um grupo internacional de cientistas conseguiu pela primeira vez fazer imagens diretas do spin de um átomo.

O spin é uma propriedade quântica fundamental das partículas elementares. Embora o termo seja usado em várias acepções, para efeitos experimentais o spin é entendido como se fosse um minúsculo ímã, apresentando uma orientação, que pode ser "para cima" ou "para baixo".

Os termos "para cima" ou "para baixo" são convenções usadas para representar a orientação do spin, mas o que importa é que ele pode ser usado para armazenar um bit de informação, assumindo um valor que pode ser 0 ou 1.

Spintrônica

Fazer um spin passar de 0 para 1 e vice-versa requer pouquíssima energia, muito menos do que o fluxo de elétrons usado nos computadores atuais.

Isso tem levado os cientistas a apostarem no advento da spintrônica, complementando ou mesmo substituindo a eletrônica atual, viabilizando a construção de computadores menores, mais rápidos e com consumo de energia muito menor.

Apesar dos progressos recentes na área, contudo, até hoje ninguém havia realmente visto um spin.

Fotos do spin

Para conseguir o feito, os cientistas das universidades de Ohio, nos Estados Unidos, e Hamburgo, na Alemanha, tiveram que construir um microscópio eletrônico sob medida para a tarefa.

O microscópio de varredura por tunelamento (STM: Scanning Tunneling Microscopy) recebeu uma ponta recoberta com ferro para conseguir manipular átomos de cobalto colocados sobre uma placa de manganês.

Ao reposicionar os átomos de cobalto sobre a superfície, eles alteraram a direção dos spins dos elétrons desses átomos.

Nas imagens registradas pelos cientistas, os átomos de cobalto aparecem como uma saliência única se a direção do spin estiver apontando "para cima", e como uma saliência dupla se ele estiver apontando "para baixo."

1 bit por átomo

O estudo sugere que é possível não apenas observar, mas também manipular diretamente o spin, uma descoberta que poderá ter impacto sobre o desenvolvimento futuro de sistemas de armazenamento magnético de maior capacidade e menores, de computadores quânticos e dos tão esperados dispositivos spintrônicos.

"Diferentes direções do spin podem representar diferentes estados para o armazenamento de dados," afirma Saw-Wai Hla, um dos autores do estudo.

Cada bit magnético registrado no disco rígido de um computador utiliza dezenas de milhares de átomos. "No futuro, nós poderemos usar um só átomo, guardando o bit em seu spin, multiplicando a capacidade dos computadores por milhares de vezes," diz Hla.

Construção de novos materiais

Mas isto ainda deverá demorar um pouco. O experimento que permitiu fotografar os spins dos átomos de cobalto foi feito a uma temperatura de 10 Kelvin, utilizando hélio líquido.

Há um longo caminho até que a manipulação dos spins agora demonstrada - sem a utilização de campos magnéticos externos e com uma magnetização tão estável que permitiu fazer uma fotografia do spin - possa ser feita a temperatura ambiente.

Apesar disso, o experimento é importante para o estudo das propriedades magnéticas de materiais em geral, já que ele demonstrou a possibilidade de manipular os átomos e detectar seus spins simultaneamente. Isto abre a perspectiva sobretudo para a construção de novos materiais com propriedades customizadas.

Para um outro feito importante nesta área, veja a reportagem Molécula individual é fotografada pela primeira vez.

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