Eletrônica

Polaron: Quasipartícula magnética é visualizada pela primeira vez

Polaron: Quasipartícula magnética é visualizada pela primeira vez
Quando os nanomagnetos da rede dipolar (em cima) interagem em busca de equilíbrio (embaixo à esquerda), emergem os polarons (embaixo à direita). [Imagem: Alan Farhan et al. - 10.1038/ncomms12635]

Polaron

Físicos conseguiram visualizar pela primeira vez um polaron, uma quasipartícula que emerge quando um elétron se liga de alguma forma ainda não totalmente compreendida a uma distorção local dos átomos de um cristal.

Essa visualização direta é importante porque já se sabe que os polarons atuam nas células solares e podem servir como novos mecanismos de armazenamento e processamento de informações magnéticas.

De fato, os polarons parecem ter um profundo efeito no movimento dos elétrons nos mais diversos tipos de materiais.

Gelo magnético

Para flagrar a nanopartícula em ação, Alan Farhan e seus colegas da Universidade Aalto, na Finlândia, construíram um material magnético artificial conhecido como "gelo de spin", um metamaterial formado por uma malha de nanoímãs organizados em um padrão geométrico específico - uma rede dipolar - que os faz interagirem uns com os outros.

"Projetar a geometria da rede bidimensional tornou possível criar e observar o decaimento dos polarons magnéticos em tempo real," disse Farhan.

Conceito de fronteira

"Nós introduzimos a rede dipolar porque ela oferece um alto grau de frustração, o que significa que interações magnéticas concorrentes não podem ser satisfeitas simultaneamente. Como todos os sistemas na natureza, a estrutura dipolar tende a relaxar e se estabilizar em um estado de baixa energia. Como resultado, sempre que excitações de cargas magnéticas surgem ao longo do tempo, elas tendem a ser acobertadas por cargas magnéticas opostas vindas do ambiente," explicou Farhan.

Com os momentos magnéticos flutuando, os polarons magnéticos surgem e decaem, o que permitiu que eles fossem visualizados em tempo real usando um microscópio eletrônico de fotoemissão.

"Este conceito, que vai bem além dos metamateriais magnéticos, está emergindo agora e irá moldar dramaticamente a fronteira da pesquisa de materiais na próxima década," prevê o professor Sebastiaan van Dijken, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Thermodynamics of emergent magnetic charge screening in artificial spin ice
Alan Farhan, Andreas Scholl, Charlotte F. Petersen, Luca Anghinolfi, Clemens Wuth, Scott Dhuey, Rajesh V. Chopdekar, Paula Mellado, Mikko J. Alava & Sebastiaan van Dijken.
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12635
DOI: 10.1038/ncomms12635




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