Nanotecnologia

Cientistas descobrem super-átomo com escudo magnético

Cientistas descobrem super-átomo com escudo magnético
O novo super-átomo (FeMg8) contém átomos magnetizados de magnésio e uma interessante seletividade quanto aos spins dos elétrons em sua camada externa. [Imagem: Victor Medel/VCU]

Uma equipe de cientistas da Universidade da Virgínia, nos Estados Unidos, descobriu uma nova classe de "super-átomos" com características magnéticas absolutamente incomuns.

Os superátomos são um conjunto estável de átomos que podem imitar os diferentes elementos da tabela periódica.

Sua funcionalidade é tão promissora que os cientistas já falam em criar uma tabela periódica de superátomos, formada por esses "elementos aglomerados".

Magnésio magnético

O novo superátomo agora descoberto contém átomos magnetizados de magnésio, um elemento tradicionalmente considerado como não-magnético.

O caráter metálico do magnésio, juntamente com esse magnetismo implantado, tem potencial para ser usado em componentes eletrônicos moleculares para uma próxima geração de processadores mais rápidos, memórias magnéticas de maior capacidade e até computadores quânticos.

O magnetismo é implantado formando um aglomerado de oito átomos de magnésio e um átomo de ferro.

O super-átomo tem um momento magnético de quatro magnetons Bohr, o que é quase o dobro de um átomo de ferro em ímãs de ferro maciço. Embora a tabela periódica tenha mais de cem elementos, existem apenas nove elementos que apresentam caráter magnético em forma sólida.

Seletividade do spin

"A combinação dos atributos magnético e de condução é muito atraente. O magnésio é um bom condutor de eletricidade e, portanto, o superátomo combina os benefícios do caráter magnético juntamente com a facilidade de condução de energia através de sua camada exterior," disse ele.

Mas há algo mais no super-átomo, tão ou mais interessante do que seu magnetismo- condutividade: o elemento combinado apresenta uma seletividade quanto ao spin dos elétrons, permitir que elétrons com spins com uma orientação específica se distribuam ao redor do super-átomo.

"Uma combinação como a que nós criamos pode levar a avanços significativos na área da eletrônica molecular, onde esses dispositivos permitem que o fluxo de elétrons com a orientação de spin desejada para aplicações como os computadores quânticos. Espera-se que esses dispositivos moleculares também ajudem a tornar os dispositivos integrados mais densos," disse Jose Ulises Reveles, coautor da pesquisa.

Outra área natural de aplicação desses super-átomos e suas conchas magnéticas é na spintrônica, na qual o spin dos elétrons individuais substitui os fluxos de corrente para representar os 0s e 1s binários.

Elemento estável

"Um objetivo importante era descobrir qual a combinação de átomos levaria a uma espécie estável, já que combinamos várias unidades diferentes," conta Shiv Khanna, que coordenou a equipe.

Normalmente um átomo é mais estável quando sua camada externa de elétrons está completa e bem separada das camadas não completas, como ocorre com os gases inertes.

Khanna explica que esse fenômeno geralmente ocorre com elétrons emparelhados que são não-magnéticos, mas, neste estudo, o escudo magnético eletrônico mostrou estabilidade. Isto ocorreu porque a concha externa de elétrons do super-átomo ficou separada das camadas não totalmente preenchidas dos átomos individuais.

Em 2009, uma equipe internacional construiu um super-átomo magnético, mas usando césio, e sem as características de filtragem de spin verificadas agora.

Bibliografia:

Hund's rule in superatoms with transition metal impurities
Victor M. Medel, Jose Ulises Reveles, Shiv N. Khanna, Vikas Chauhan, Prasenjit Sen, A. Welford Castleman
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1100129108




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