Magnetismo pode ser controlado ativamente por pressão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/01/2024

Alterar continuamente o magnetismo de um material por pressão é uma novidade com grandes perspectivas.
[Imagem: Jierong Wang et al. - 10.1103/PhysRevLett.131.256501]

Controle do magnetismo

Embora seja um dos pilares da nossa tecnologia, o magnetismo tem reservado surpresas inesperadas para os físicos, incluindo seu surgimento em um material não magnético e até a recente descoberta de um novo tipo de magnetismo.

Agora, Jierong Wang e colegas de instituições norte-americanas e europeias descobriram outra novidade: O magnetismo pode ser controlado por pressão.

O magnetismo ocorre dependendo de como os elétrons se comportam. Por exemplo, as partículas elementares podem gerar uma corrente elétrica com a sua carga e, assim, induzir um campo magnético. No entanto, o magnetismo também pode surgir através do alinhamento coletivo dos momentos magnéticos (spins) em um material.

Mas mudar continuamente o tipo de magnetismo de um cristal é uma novidade completa.

Embora o ferromagnetismo seja bem compreendido, há cada vez mais interesse em outras formas de magnetismo visando o armazenamento seguro de dados e como potenciais plataformas para computadores quânticos. "No entanto, procurar novas formas de magnetismo e controlá-las totalmente é uma tarefa extremamente difícil," afirmou o professor Andrej Pustogow, da Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria.

O mecanismo físico envolvido é conhecido como frustração geométrica, que impede que todos os spins de um material magnético se alinhem na mesma direção.
[Imagem: Jierong Wang et al. - 10.1103/PhysRevLett.131.256501]

Usando a frustração a seu favor

Para alterar o magnetismo do material investigado "ao apertar de um botão", os pesquisadores colocaram sob pressão um cristal de ítrio-cobre [Y₃Cu₉(OH)₁₉Cl₈], que naturalmente apresenta uma estrutura conhecida como kagome, uma classe de materiais que devem seu nome à sua semelhança com a trama de fios de bambu entrelaçados que compõem uma cesta tradicional japonesa.

Conforme a pressão aumentou, a rede cristalina foi-se deformando por tensões uniaxiais, o que alterou as interações magnéticas entre os elétrons.

"Usamos pressão mecânica para forçar o sistema a seguir uma direção magnética preferida. Como às vezes acontece na vida real, o estresse reduz a frustração porque uma decisão nos é imposta e não temos que tomá-la nós mesmos," comparou Pustogow referindo-se à frustração geométrica, que impede que múltiplos padrões possíveis se espalhem por uma grande área.

A equipe conseguiu aumentar a temperatura da transição da fase magnética em mais de 10%. "Isso pode não parecer muito à primeira vista, mas se o ponto de congelamento da água fosse aumentado em 10%, por exemplo, ela congelaria a 27 °C - com graves consequências para o mundo como o conhecemos," explicou Pustogow.

Embora neste experimento a frustração geométrica tenha sido reduzida pela pressão mecânica, a equipe agora pretende aumentá-la, a fim de eliminar completamente o antiferromagnetismo e criar um líquido de spin quântico. "A possibilidade de controlar ativamente a frustração geométrica através do estresse mecânico uniaxial abre as portas para manipulações inimagináveis das propriedades dos materiais ao 'apertar de um botão'," disse Pustogow.

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