Magnetismo inesperado do grafite entusiasma área da spintrônica

Kees Flipse - 27/10/2009

O ferromagnetismo do grafite, em temperatura ambiente, é causado por uma rede bidimensional de defeitos nos cristais.
[Imagem: Kees Flipse]

Ímã de carbono

Pesquisadores holandeses demonstraram que o grafite comum pode se tornar um ímã permanente a temperatura ambiente. E descobriram o mecanismo por trás desse comportamento inusitado.

O grafite é o material usado nos lápis. Formado unicamente de carbono, ele possui uma estrutura em camadas com interações fracas entre as camadas individuais, o que o torna também um excelente lubrificante.

Os resultados são promissores para novas aplicações em spintrônica e na nanotecnologia, como sensores e, principalmente, como biodetectores.

Fronteiras defeituosas

É totalmente inesperado que o grafite seja ferromagnético. E os pesquisadores holandeses não apenas demonstrarem a comprovação direta da ordem ferromagnética do grafite, como também explicaram o mecanismo por trás do fenômeno.

Em cada camada do grafite, áreas bem ordenadas de átomos de carbono são separadas por "fronteiras" defeituosas com dois nanômetros de largura. Nessas regiões de defeitos, os elétrons se comportam de forma diferente em relação às áreas bem ordenadas, mostrando similaridades com o comportamento dos elétrons em materiais ferromagnéticos, como o ferro e o cobalto.

Acoplamento intercamada

Os pesquisadores descobriram que as regiões de fronteira das diversas folhas individuais de grafite são magneticamente acopladas, formando redes bidimensionais.

Encerrando anos de debates, os pesquisadores holandeses demonstraram evidências experimentais diretas de que é esse acoplamento intercamada que explica o comportamento de ímã permanente do grafite. Vários grupos defendiam que as impurezas poderiam ser as responsáveis por um eventual comportamento magnético, mas definitivamente não é este o caso.

Carbono na spintrônica

Debates à parte, a pesquisa demonstrou que um material formado unicamente por átomos de carbono pode se tornar magnético. Mesmo sendo um ferromagnetismo fraco, a descoberta abre novas rotas para as pesquisas da spintrônica em materiais orgânicos (com carbono em sua composição).

No grafite, há duas características importantes para a spintrônica: os spins viajam longas distâncias sem perder o alinhamento e, quando necessário, esses spins podem ser invertidos por meio de campos magnéticos muito fracos.

O interesse no carbono é ainda maior por se tratar de um material biocompatível, o que o torna particularmente promissor para o desenvolvimento de biossensores e de equipamentos eletrônicos integrados em dispositivos médicos, que necessitem funcionar diretamente em contato com o corpo humano.

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