Físicos da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha, em parceria com a Universidade de Buffalo, nos Estados Unidos, propuseram um sistema quântico inovador. O método utiliza diamante para identificar altermagnetos, uma terceira classe de magnetismo prevista recentemente.
O estudo, publicado na Physical Review Letters, emprega um defeito microscópico no diamante para detectar assinaturas magnéticas desses materiais. A técnica foi detalhada em reportagem do portal phys.org.
Os altermagnetos foram teorizados pela equipe de Mainz entre 2021 e 2022. Eles combinam propriedades de ferromagnetos e antiferromagnetos, criando um comportamento magnético único. Enquanto ferromagnetos exibem magnetismo visível, os altermagnetos cancelam o campo magnético líquido, mas mantêm características eletrônicas típicas de ímãs convencionais.
A descoberta surgiu ao analisar o dióxido de rutênio. O material não apresentava magnetização líquida, como antiferromagnetos, mas seus elétrons reagiam como ferromagnetos. Isso desafiou as teorias estabelecidas sobre magnetismo.
Nos ferromagnetos, os spins dos elétrons vizinhos se alinham na mesma direção, gerando campo magnético externo. Nos antiferromagnetos, os spins apontam em direções opostas, anulando o magnetismo total. Esses materiais são mais rápidos para alternar estados, mas difíceis de detectar.
Os altermagnetos possuem arranjo de spins mais complexo. A anulação do campo magnético ocorre, mas a estrutura atômica confere propriedades direcionais semelhantes às dos ferromagnetos. Isso permite combinar a comutação ultrarrápida dos antiferromagnetos com a facilidade de manipulação eletrônica dos ferromagnetos.
O sensor quântico proposto usa um diamante com centro de vacância de nitrogênio. Esse defeito é formado por um átomo de nitrogênio e um carbono faltante na rede cristalina. Os centros são altamente sensíveis a campos magnéticos próximos, funcionando como sondas de precisão.
Para identificar um altermagneto, o material suspeito é colocado ao lado do diamante. O spin do defeito é girado em várias direções, medindo o tempo de relaxamento magnético. Se o spin relaxar mais rápido em algumas orientações, isso indica o padrão magnético torcido característico dos altermagnetos.
O professor Jamir Marino, autor correspondente do estudo, destacou a abordagem minimamente invasiva. “A medição não deve perturbar fortemente o material estudado”, explicou. “Isso evita confundir o comportamento natural com o induzido pelo experimento.”
Marino ressaltou que os altermagnetos podem revolucionar o transporte de informação. Eles permitiriam eletrônicos mais rápidos e eficientes energeticamente. A técnica pode se tornar base para experimentos que confirmem essa teoria promissora.
O artigo “Quantum Impurity Sensing of Altermagnetic Order” está disponível na Physical Review Letters e no arXiv. Os coautores Libor Šmejkal e Jairo Sinova, que propuseram os altermagnetos, reforçaram as vantagens do sensor. Ele detecta padrões magnéticos sutis sem perturbar a amostra.
Sinova afirmou que a técnica acelera a exploração de mais de 200 materiais candidatos a altermagnetos. Isso é crucial para integrá-los a dispositivos eletrônicos no futuro. Embora o sistema exista apenas em simulações, os pesquisadores esperam confirmar sua eficácia em experimentos reais.
A expectativa é que os altermagnetos permitam a miniaturização de componentes com menor consumo de energia. Eles também podem aumentar a velocidade de processamento, inaugurando uma nova era na eletrônica.
Leia mais sobre o assunto na phys.org.
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