Magnetismo p-wave observado no iodeto de níquel (NiI2) em laboratório

Cientistas observaram, pela primeira vez, mais um tipo de magnetismo dentro de um cristal criado em laboratório, um avanço que promete aumentar a eficiência e a velocidade na eletrónica e, ao mesmo tempo, abrir novas frentes de estudo na física fundamental.

A descoberta resulta de previsões teóricas anteriores. A equipa internacional identificou o chamado magnetismo p-wave no iodeto de níquel (NiI2), um cristal bidimensional com as características exatas para que este fenómeno pudesse emergir.

"Na altura, era uma ideia completamente nova, e decidimos testá-la experimentalmente porque percebemos que o iodeto de níquel era um bom candidato para mostrar este tipo de efeito de magnetismo p-wave", afirma o físico do MIT Riccardo Comin.

O que acontece nos ímanes e nos antiferromagnetos

Num íman típico, os eletrões tendem a partilhar o alinhamento de uma propriedade conhecida como spin. Na prática, é como se as suas bússolas minúsculas apontassem todas na mesma direção, somando os respetivos campos magnéticos.

Já em materiais chamados antiferromagnetos, esses spins organizam-se de modo a anularem-se de forma perfeita à escala macroscópica.

Magnetismo p-wave: espirais “espelhadas” que anulam o magnetismo

O magnetismo p-wave junta o ferromagnetismo convencional e o antiferromagnetismo de uma forma invulgar: surgem espirais espelhadas de vários estados de spin que, no conjunto, cancelam o magnetismo à escala global.

Para observar este comportamento, foram usadas lâminas ultrafinas de iodeto de níquel, produzidas num forno de alta temperatura. Essa forma extremamente fina do material permitiu que os eletrões rodassem (alinhando o spin) em direções distintas, de acordo com os campos presentes na sua vizinhança imediata.

Como a equipa mediu e controlou o efeito no iodeto de níquel (NiI2)

Ao incidir luz polarizada sobre o material - cuja oscilação se assemelha a um saca-rolhas, em vez de subir e descer como no padrão ondulatório mais comum - os investigadores conseguiram revelar configurações em espiral nos spins dos eletrões.

Para além de observarem esta forma nova de magnetismo, os cientistas também demonstraram que é possível controlá-la, ajustando o estado de spin e as suas propriedades com a aplicação de um pequeno campo elétrico.

"Mostrámos que esta nova forma de magnetismo pode ser manipulada eletricamente", diz o físico Qian Song, do Massachusetts Institute of Technology (MIT).

"Este avanço abre caminho a uma nova classe de dispositivos de memória magnética ultrarrápidos, compactos, energeticamente eficientes e não voláteis."

O resultado final é um conjunto de spins eletrónicos que, pelo menos em teoria, pode ser comutado de forma complexa e controlável, criando oportunidades para a área emergente da espintrónica - uma abordagem que explora os spins dos eletrões para armazenar memória, realizar computação ou transferir energia.

Esta é mais uma demonstração do potencial de tipos de magnetismo não convencionais, para lá do que associamos a agulhas de bússola e sistemas de altifalantes - e que poderá vir a conduzir a classes inteiramente novas de materiais.

As aplicações práticas ainda estão longe, mas, no limite, a tecnologia poderá traduzir-se em chips de memória mais densos, mais rápidos e mais eficientes. O consumo de energia continua a ser uma preocupação crescente, especialmente com a expansão da inteligência artificial.

Por agora, um sistema deste tipo exige calibração cuidadosa e condições laboratoriais especiais. Ainda assim, o potencial é significativo: eletrónica em que se manipulam spins eletrónicos em vez de cargas elétricas, tornando os sistemas mais eficientes.

"Só precisamos de um pequeno campo elétrico para controlar esta comutação magnética", afirma Song. "Os ímanes p-wave poderiam poupar cinco ordens de grandeza de energia. O que é enorme."

A investigação foi publicada na revista Nature.