Material é magnetizado usando apenas luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/01/2025

A técnica permitirá estudar materiais que possam fazer a transição magnética em outras faixas de temperatura.
[Imagem: Batyr Ilyas et al. - 10.1038/s41586-024-08226-x]

Magnetizando com luz

Cientistas descobriram como induzir um estado magnético duradouro em um material originalmente não magnético - e a nova técnica consegue isto usando apenas luz.

Isso cria uma nova maneira de controlar e chavear materiais antiferromagnéticos, que são de grande interesse tecnológico por seu potencial no processamento de informações e nas tecnologias de chips de memória.

Nos ímãs comuns, conhecidos como ferromagnetos, os spins dos átomos apontam na mesma direção, de modo que o todo pode ser facilmente influenciado e puxado na direção de qualquer campo magnético externo.

Em contraste, os antiferromagnetos são compostos de átomos com spins alternados, cada um apontando na direção oposta do seu vizinho. Essa ordem - para cima, para baixo, para cima, para baixo - cancela essencialmente os spins, dando aos antiferromagnetos uma magnetização líquida zero que é imune a qualquer campo magnético externo.

Se um chip de memória puder ser feito de um material antiferromagnético, os dados poderiam ser escritos em regiões microscópicas do material, chamadas domínios. Uma determinada configuração de orientações de spin (por exemplo, de cima para baixo) em um determinado domínio representaria o bit clássico "0", e uma configuração diferente (de baixo para cima) significaria "1". Os dados gravados em um chip assim seriam robustos contra influências magnéticas externas.

Por esta e outras razões, os cientistas acreditam que os materiais antiferromagnéticos poderiam ser uma alternativa mais robusta às tecnologias existentes de armazenamento de dados de base magnética. Um grande obstáculo, no entanto, tem sido como controlar os antiferromagnetos de uma forma que mude de forma confiável o material de um estado magnético para outro.

"Os materiais antiferromagnéticos são robustos e não são influenciados por campos magnéticos dispersos indesejados," explicou Nuh Gedik, do MIT, nos EUA. "No entanto, essa robustez é uma faca de dois gumes; a sua insensibilidade a campos magnéticos fracos torna estes materiais difíceis de controlar."

Antiferromagnético magnetizado

Gedik e seus alunos superaram esse problema usando um laser terahertz - uma fonte de luz que oscila mais de um trilhão de vezes por segundo - para estimular diretamente os átomos em um material antiferromagnético.

As oscilações do laser são ajustadas de acordo com as vibrações naturais entre os átomos do material, de uma forma que muda o equilíbrio dos spins atômicos em direção a um novo estado magnético.

A maneira como os átomos vibram também está relacionada à forma como seus spins interagem entre si. A equipe constatou que, estimulando os átomos com uma fonte de terahertz que oscila na mesma frequência que as vibrações coletivas dos átomos, chamadas fônons, isso também desvia os spins dos átomos de seu alinhamento perfeitamente equilibrado e alternado magneticamente.

Uma vez desequilibrados, os átomos passam a ter mais spins em uma direção do que na outra, criando uma orientação preferida que muda o material inerentemente não magnetizado para um novo estado magnético com magnetização finita. E a transição persiste por um tempo surpreendentemente longo, durando vários milissegundos, mesmo depois de o laser ter sido desligado.

Com a disponibilidade desta nova técnica, materiais antiferromagnéticos poderão ser incorporados em futuros chips de memória capazes de armazenar e processar mais dados, usando menos energia e ocupando uma fração do espaço dos dispositivos existentes, devido à estabilidade dos domínios magnéticos. Mas ainda há trabalho a ser feito: O material usado pela equipe, o FePS₃, sofreu a transição de fase magnética ao redor dos 118 Kelvin (-155,15 ºC), o que é frio demais para a maioria das aplicações práticas.

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