Nanotecnologia

Descoberto um tipo de ímã que não deveria existir
Em um material magnético normal, momentos magnéticos densos tentam se alinhar com seus vizinhos (à esquerda). No ímã de singleto, momentos magnéticos instáveis, virtuais, surgem e desaparecem, e se acoplam uns aos outros em grupos alinhados (à direita). [Imagem: Lin Miao/NYU]

Magnetismo de singleto

Acaba de ser descoberto um novo tipo de ímã, um tipo especialmente surpreendente porque, pelas teorias atuais, ele não deveria existir.

E, como sua unidade básica é minúscula, esse novo magneto poderá melhorar o desempenho das tecnologias de armazenamento de dados.

A descoberta está sendo comparada à primeira verificação prática dos monopolos magnéticos e à descoberta dos ímãs em escala atômica.

Os ímãs comuns são compostos de pequenas partículas cujo magnetismo se alinha em uma direção para criar um campo magnético. A direção do magnetismo de cada uma das partículas é chamada de momento magnético.

Alguns materiais não têm momentos magnéticos porque estão no que se chama de estado singleto, no qual qualquer partícula que possa criar um campo magnético é essencialmente bloqueada por uma partícula parceira. Esses materiais não deveriam ser capazes de se tornar ímãs.

Não deveriam, mas se tornam, conforme demonstraram Lin Miao e seus colegas da Universidade de Nova York.

Pacotes de energia

Miao descobriu que um composto de urânio e antimônio detém os ingredientes críticos para o magnetismo de singleto, particularmente uma propriedade da mecânica quântica que governa como os elétrons geram momentos magnéticos, propriedade esta conhecida como "Hundness", algo como "Hundidade" (Friedrich Hund [1896-1997]). Recentemente se demonstrou que essa propriedade está envolvida também com a supercondutividade.

Embora suas partículas estejam em estados singleto, o composto de urânio e antimônio (USb2) pode se tornar um imã porque ele contém minúsculos pacotes de energia que não são exatamente partículas, mas têm momentos magnéticos - o estado singleto geralmente se refere a um sistema no qual todos os elétrons estão pareados.

Na temperatura certa, esses pacotes de energia formam aglomerados que criam campos magnéticos. O fenômeno ocorre a cerca de -70º C, o que é bem frio, mas que é considerado "alta temperatura" quando se trata de fenômenos guiados pela mecânica quântica, o que inclui os supercondutores.

"Este material tem sido um grande enigma nas últimas duas décadas - já se sabia que as formas como o magnetismo e a eletricidade falam entre si [neste material] são bizarras e só começam a fazer sentido com esta nova classificação," disse Miao.

Magnetismo que liga e desliga

A emergência do magnetismo em uma temperatura bem definida significa que o magnetismo do material pode ser ligado e desligado.

"Você não precisa fazer muito para forçar o material a alternar entre estados não-magnéticos e fortemente magnéticos, o que pode ser benéfico para o consumo de energia e a velocidade de comutação dentro de um computador.

"Há também uma grande diferença na forma como esse tipo de magnetismo se acopla às correntes elétricas. Os elétrons que entram no material interagem muito fortemente com os momentos magnéticos instáveis, em vez de simplesmente passar direto. Portanto, é possível que essas características ajudem nos gargalos de desempenho e permitam um melhor controle das informações armazenadas magneticamente," disse o professor Andrew Wray.

Bibliografia:

High temperature singlet-based magnetism from Hund’s rule correlations
Lin Miao, Rourav Basak, Sheng Ran, Yishuai Xu, Erica Kotta, Haowei He, Jonathan D. Denlinger, Yi-De Chuang, Y. Zhao, Z. Xu, J. W. Lynn, J. R. Jeffries, S. R. Saha, Ioannis Giannakis, Pegor Aynajian, Chang-Jong Kang, Yilin Wang, Gabriel Kotliar, Nicholas P. Butch, L. Andrew Wray
Nature Communications
Vol.: 10, Article number: 644
DOI: 10.1038/s41467-019-08497-3




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