Monopolos magnéticos são observados em material natural pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/12/2023

Os monopolos magnéticos (centro) puderam ser observados no material natural (esquerda) graças a uma nova técnica de sensoriamento chamada magnetometria quântica de diamante (direita). Esta técnica utiliza um único spin – o momento angular inerente de um elétron – em uma agulha de diamante para medir com precisão o campo magnético na superfície de um material, sem afetar seu comportamento.
[Imagem: Anthony K. C. Tan et al. - 10.1038/s41563-023-01737-4]

Ímãs sem polos

Físicos descobriram os enigmáticos e longamente procurados monopolos magnéticos - cargas magnéticas isoladas, como um ímã sem um norte e um sul - em um material tão comum quanto a ferrugem, o pó avermelhado que surge quando o ferro oxida.

Esta é a primeira vez que que monopolos magnéticos emergentes de ocorrência natural foram observados experimentalmente.

Cerca de 15 anos atrás, os cientistas sugeriram como poderiam aparecer monopolos em um material magnético, um resultado teórico baseado na separação dos pólos norte e sul de um ímã, de modo que, localmente, cada pólo apareceria isolado. Mas todas as propostas desde então, e as observações que se seguiram, fundamentam-se em materiais exóticos, só estáveis próximos ao zero absoluto, como os gelos de spin - os gases, líquidos e gelos de spin são fases magnéticas, assim como o vapor, o líquido e o gelo são fases da matéria da água.

Contudo, existe uma estratégia alternativa para encontrar monopolos envolvendo o conceito de emergência: A ideia de emergência é a combinação de muitas entidades físicas que podem dar origem a propriedades que são maiores ou diferentes da soma de suas partes.

Anthony Tan e colegas do Reino Unido e de Cingapura conseguiram observar agora os monopolos magnéticos emergindo na hematita - uma espécie de óxido de ferro - através do comportamento coletivo de muitos spins (o momento angular de uma partícula). Esses monopolos deslizam pelas texturas rodopiantes da superfície da hematita como pequenos discos de hóquei com carga magnética.

"Esses monopolos são um estado coletivo de muitos spins que giram em torno de uma singularidade, em vez de uma única partícula fixa, de modo que emergem por meio de interações de muitos corpos. O resultado é uma partícula estável minúscula e localizada com um campo magnético divergente saindo dela," descreveu Hariom Jani, da Universidade de Oxford.

Os monopolos formam-se por um fenômeno conhecido como "emergência".
[Imagem: Anthony K. C. Tan et al. - 10.1038/s41563-023-01737-4]

Tecnologias de computação

Além de ampliar o conhecimento da matéria e do magnetismo, a descoberta dos monopolos magnéticos em um material natural pode ajudar a desenvolver tecnologias de computação mais rápidas e mais ecológicas, já que tudo poderia ser não-volátil, ou seja, sem perda de dados na ausência de eletricidade.

Os monopolos magnéticos, observados experimentalmente pela primeira vez em 2009, são compreendidos como uma classe de quasipartículas, podendo, por exemplo, ser usadas para o desenvolvimento tecnológico de materiais artificiais, criados de baixo para cima para apresentar a propriedade que se deseja deles, ou para novas formas de computação, a exemplo da spintrônica e da excitônica.

A expectativa é ainda maior com o advento da magnetricidade, um fenômeno pelo qual uma carga magnética pode se comportar e interagir exatamente como uma carga elétrica, algo que também só foi demonstrado há pouco mais de uma década - a magnetricidade é o equivalente magnético da eletricidade.

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