Desvendado paradoxo do fotomagnetismo

Ali Sundermier - SLAC - 31/12/2020

Ilustração da transferência de cargas elétricas induzidas pela luz.
[Imagem: SLAC]

Fotomagnetismo

Reações químicas induzidas pela luz - que dependem de elétrons em movimento para converter fótons em energia - estão no coração de muitos processos vitais, tanto na natureza quanto na tecnologia.

Nos anos 1980, os cientistas descobriram que, em certos materiais, os efeitos combinados dos movimentos eletrônicos e atômicos durante esse processo podem dar origem ao magnetismo, abrindo a possibilidade de criação de uma nova geração de dispositivos de armazenamento de dados.

Mas, até agora, os cientistas não sabiam como ocorria esse fenômeno, chamado fotomagnetismo, porque tudo acontece incrivelmente rápido. "É como o famoso paradoxo do ovo e da galinha: ninguém poderia dizer definitivamente se os elétrons estão causando as mudanças atômicas ou vice-versa," disse Eric Collet, do Instituto de Física de Rennes, na França.

Agora, usando um laser de raios X no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC, nos EUA, uma equipe liderada por Collet e Marco Cammarata resolveu essa questão de décadas.

Eles demonstraram que são os rearranjos atômicos induzidos pela luz que colocam a transferência de elétrons em ação.

Isso ajudará no desenvolvimento de materiais fotomagnéticos mais eficientes e, potencialmente, na tão esperada criação de dispositivos de armazenamento de dados mais rápidos e mais eficientes.

Energia solar e armazenamento de dados

O experimento envolveu minúsculos cristais fotomagnéticos feitos de cobalto e ferro. Os pesquisadores usaram um laser para iniciar uma reação nos cristais, seguido por um flash de laser ultrarrápido de raios X, que produziu fotos de como os cristais responderam durante os primeiros milionésimos de bilionésimo de segundo - a escala de tempo em que os elétrons se movem através de uma molécula .

Essa técnica permitiu criar filmes de como os átomos se reorganizavam e como os elétrons eram transferidos entre os átomos de cobalto e ferro, mostrando que a reação começa com uma excitação eletrônica ultrarrápida que impulsiona os movimentos atômicos ao redor do átomo de cobalto.

"Esta pesquisa é um grande passo para entender como ocorrem os processos de deformação molecular e a transferência de elétrons," disse Collet. "Isso pode nos ajudar a projetar novos materiais para melhorar a reação à luz e melhorar a eficiência do processo."

As aplicações incluem melhorias na conversão de energia solar em eletricidade, catálise química por luz e dispositivos de armazenamento de dados ultrarrápidos, acrescentou o pesquisador.

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