Magnetismo dirige átomos individuais, derrubando teorias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2025

Representação esquemática do experimento: O adátomo (vermelho) se move unidimensionalmente na série magnética quando um pulso de tensão é disparado através da ponta do microscópio de tunelamento de varredura. Círculos azuis e amarelos mostram átomos da superfície e as setas brancas o alinhamento de seus momentos magnéticos.
[Imagem: UHH/MIN/Kubetzka]

Átomos dirigidos por magnetismo

Físicos alemães conseguiram pela primeira vez mover átomos individuais usando apenas o magnetismo, abrindo caminho para a exploração do movimento atômico na nanotecnologia e no armazenamento de dados.

Normalmente os átomos individuais se movem sobre uma superfície de modo aleatório, influenciados sobretudo pela simetria cristalina da superfície. Esse processo, conhecido como "difusão", desempenha um papel central na fabricação de semicondutores, em catalisadores ou na construção de nanoestruturas.

Há algum tempo, físicos teóricos têm sugerido que o magnetismo também poderia influenciar o movimento de átomos individuais, e agora Felix Zahner e colegas das universidades de Kiel e Hamburgo demonstraram isto experimentalmente pela primeira vez: Os átomos foram direcionados especificamente ao longo de uma direção em uma superfície magnética.

Usando um microscópio de tunelamento de varredura e trabalhando em temperaturas próximas ao zero absoluto, a equipe colocou átomos individuais, como cobalto, ródio e irídio, sobre uma heteroestrutura formada por uma camada de manganês com exatamente uma camada atômica depositada sobre uma superfície de rênio - os físicos chamam esses átomos postos sobre a superfície de um cristal, mas não participantes da estrutura cristalina, de "adátomos".

Esta estrutura criou uma superfície particularmente bem definida e magneticamente ordenada, na qual as propriedades magnéticas das linhas atômicas individuais são conhecidas com precisão.

Embora a estrutura tenha uma estrutura simétrica e hexagonal, os átomos não se moveram aleatoriamente em nenhuma das seis direções possíveis, mas seguiram sempre ao longo das linhas magnéticas - mesmo quando os próprios átomos não eram magnéticos, como no caso do ródio ou do irídio.

Simetria de superfície quebrada e movimento unidimensional do átomo de cobalto.
[Imagem: Felix Zahner et al. - 10.1038/s41467-025-60086-9]

Mecânica quântica explica

Para explicar o fenômeno, a equipe precisou lançar mão de cálculos da mecânica quântica rodando em um supercomputador.

As simulações confirmaram que é energeticamente mais fácil para os átomos se moverem ao longo das linhas magnéticas do que cruzando-as. A causa está em uma interação magnética entre o adátomo e os átomos da superfície.

Imagine átomos e adátomos como minúsculos ímãs. Em átomos de elementos magnéticos como o cobalto, essa interação é criada por seu próprio momento magnético. No caso de átomos de elementos não-magnéticos, como ródio ou irídio, um pequeno momento magnético só é causado pela interação com a superfície, influenciando a direção do movimento. Assim, os átomos se movem preferencialmente ao longo das linhas magnéticos da superfície.

Até agora, a física assumia que o magnetismo não desempenhasse um papel no movimento dos átomos individuais - essa suposição agora foi refutada pelos resultados experimentais.

"As propriedades magnéticas de uma superfície podem influenciar a mobilidade de átomos individuais," reafirmou o professor Soumyajyoti Haldar. "Isso abre novas possibilidades para o controle específico dos movimentos atômicos - por exemplo, para aplicações em nanotecnologia, armazenamento de dados ou o desenvolvimento de novos materiais."

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