Nova forma misteriosa de magnetismo finalmente confirmada: WebCuriosos

Houve um tempo em que só havia um jogo de ferromagnetismo na cidade. Quer saber o seu norte do sul? Segure uma bússola. Quer colar sua conta de luz na geladeira? Bata em um pequeno Garfield magnetizado engolindo lasanha.

É claro que a ciência teve que complicar as coisas ao encontrar uma segunda classe de atividade ferromagnética.

Teorizado e demonstrado experimentalmente na década de 1930, o antiferromagnetismo é como o inimigo maligno do imã de geladeira, exibindo um alinhamento subatômico igualmente estável com uma reviravolta isso anula sua viscosidade e transforma Garfield no peso de papel mais irritante do mundo.

Tal como confirmado em experiências conduzidas por uma equipa de investigadores de toda a Europa e do Reino Unido, existe agora ainda outro tipo de magnetismo que fica entre os dois, descrito como altermagnetismo.

“O altermagnetismo na verdade não é algo extremamente complicado”, diz o investigador principal do estudo, Tomáš Jungwirth, físico da Academia Tcheca de Ciências.

“É algo totalmente fundamental que esteve diante dos nossos olhos durante décadas sem percebermos.”

Previsto há apenas alguns anos por Jungwirth e alguns de seus colegas pesquisadores, o altermagnetismo descreve bandas de energia alternadas de ferromagnetismo e antiferromagnetismo que se cancelam globalmente, enquanto ainda mantêm características magnéticas permanentes em um nível pequeno e local.

É verdade que um 'alterímã' também não vai colar suas contas onde você não vai esquecer, mas talvez queiramos dar uma chance a esse novo membro da família ferromagnética – pode ser exatamente o que a eletrônica do futuro precisa.

Crítica para cada uma dessas três manifestações magnéticas é uma característica dos objetos quânticos chamada spin. Como a rotação de uma pequena bola, o spin descreve uma espécie de momento angular, que exerce uma força minúscula, como um pequeno ímã. Ao contrário da rotação de uma pequena bola, a rotação nunca é rápida ou lenta. Apenas uma direção ou outra. Ou, para usar o jargão adequado, para cima ou para baixo.

Os elétrons individuais podem apresentar qualquer uma das duas direções de spin, mas na maioria dos materiais a variedade de spins para cima e para baixo é confusa, sem nenhum consenso real sobre um senso total de direção.

Em materiais ferromagnéticos, como o ferro, os spins dos elétrons podem ser forçados a se alinhar por um campo externo, permanecendo assim mesmo depois que o campo externo for desativado. Isso transforma um zilhão de pequenos rebocadores magnéticos de tamanho atômico em algo forte o suficiente para pegar uma cadeia de clipes de papel.

As diversas relações entre o arranjo de spin e a atividade magnética em escala macroscópica só se tornaram mais complexas com o tempo. Recentemente, a introdução de uma quantidade de elétrons em camadas atomicamente finas de semicondutores empilhados criou uma versão “cinética” do ferromagnetismo, por exemplo.

No entanto, até agora, pensava-se que arranjos estáveis ​​de spins em materiais eram coletivamente ferromagnéticos ou emparelhados de forma a anularem-se antiferromagneticamente.

Acredita-se que os alterímãs tenham pares de elétrons semelhantes aos antiferromagnetos, que se conectam de tal maneira que preservam, em vez de negar, seus momentos magnéticos contrastantes.

Para encontrar sinais físicos deste arranjo específico, Jungwirth e a sua equipa utilizaram uma técnica de laboratório para identificar uma divisão de assinatura de raios X de um síncrotron que passava através de uma rede cristalina de um composto feito de manganês e telúrio.

“Graças à alta precisão e sensibilidade de nossas medições, pudemos detectar a divisão alternada característica dos níveis de energia correspondentes a estados de spin opostos e, assim, demonstrar que o telureto de manganês não é um antiferromagneto convencional nem um ferromagneto convencional, mas pertence ao novo ramo altermagnético de materiais magnéticos”, diz o físico Juraj Krempasky do Instituto Paul Scherrer.

Encontrar evidências desta nova classe de material ferromagnético não apenas se baseia em teorias da física dos materiais, mas também pode contribuir para o desenvolvimento de um tecnologia emergente da eletrônica baseada não apenas na carga da partícula, mas também em seu spin.

Esta pesquisa foi publicada em Natureza.