Eletrônica

Descoberta nova conexão entre eletricidade e magnetismo

Descoberta nova conexão entre eletricidade e magnetismo
A magnitude da eletricidade gerada e a dependência de um campo magnético externo permitirão o uso do fenômeno para detectar informações armazenadas magneticamente. [Imagem: Chiara Ciccarelli et al. - 10.1038/nnano.2014.252]

Bombeamento de carga

Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um novo elo entre o magnetismo e a eletricidade que pode ter aplicações em eletrônica.

Eles demonstraram que é possível gerar uma corrente elétrica em um material magnético simplesmente rotacionando sua magnetização.

O fenômeno, chamado "bombeamento de carga", produz uma corrente alternada de alta frequência.

A geração e a modulação de correntes de alta frequência são elementos centrais nos aparelhos de comunicações via rádio, como telefones celulares, redes Wi-Fi, Bluetooth, e também estão sendo incluídas nos radares desenvolvidos para os carros sem motoristas.

O novo comportamento é um espelho da magnetoeletricidade, descoberta em 2010, na qual as propriedades magnéticas de um material podem ser controladas por um campo elétrico externo.

Spintrônica

Segundo a equipe, a magnitude da eletricidade gerada e a dependência de um campo magnético externo permitirão o uso do fenômeno para detectar informações armazenadas magneticamente.

O fenômeno poderá ser útil na transferência e manipulação de dados na spintrônica, uma tecnologia que armazena e processa dados usando o spin de elétrons individuais como bits.

A spintrônica vem sendo explorada no armazenamento de dados desde a descoberta da magnetorresistência gigante, em 1988, premiada com o Nobel de Física em 2007.

Descoberta nova conexão entre eletricidade e magnetismo
"O fenômeno é um resultado de uma ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo," diz o professor Arne Brataas. [Imagem: Cortesia Arne Brataas/Gemini]

Ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo

Já se sabe há algum tempo que rotacionar a magnetização em um material magnético pode gerar correntes de spin puras em condutores colocados juntos ao magneto - correntes de spin puras são correntes em direções opostas formadas por elétrons com spins para cima e para baixo, respectivamente.

Entretanto, não é possível detectar essas correntes de spin com um voltímetro comum porque elas são canceladas pelo fluxo de carga associado - a corrente comum de cargas elétricas - seguindo na mesma direção.

Por isso é necessário um elemento adicional, como um outro ímã ou uma forte interação spin-órbita, o que gera um efeito Hall de spin.

O que a equipe descobriu agora é que, em uma classe especial de materiais ferromagnéticos, a conversão spin-carga ocorre dentro do mesmo material, eliminando a necessidade do elemento secundário e viabilizando o aproveitamento prático do fenômeno.

Em termos simples, o material ferromagnético funciona como gerador de corrente alternada induzida pela rotação da magnetização - em termos menos simples, o material converte diretamente a corrente de spin em corrente de carga por meio da interação spin-órbita.

"O fenômeno é um resultado de uma ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo. Ele abre a possibilidade de técnicas de detecção em nanoescala de informações magnéticas e a geração de correntes alternadas de frequências muito altas," disse Arne Brataas, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia.

Bibliografia:

Magnonic charge pumping via spin–orbit coupling
Chiara Ciccarelli, Kjetil M. D. Hals, Andrew Irvine, Vit Novak, Yaroslav Tserkovnyak, Hidekazu Kurebayashi, Arne Brataas Andrew Ferguson
Nature Nanotechnology
Published online
DOI: 10.1038/nnano.2014.252




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