O magnetismo e a eletricidade estão ligados de muitas maneiras estranhas e maravilhosas na ciência, incluindo o fascinante efeito magnetoelétrico perceptível em alguns cristais – onde as propriedades elétricas de um cristal podem ser influenciadas por um campo magnético e vice-versa.

Agora as coisas ficaram ainda mais estranhas, porque os cientistas descobriram um novo efeito magnetoelétrico em um cristal simétrico – e isso não deveria ser possível.

O efeito foi encontrado em um tipo específico de cristal chamado langasita, que é composto de lantânio, gálio, silício e oxigênio, além de átomos de hólmio.

É importante ressaltar que este cristal em particular tem uma estrutura simétrica, o que se pensa que descarta a possibilidade de uma ligação entre o magnetismo e a eletricidade.

“Se as propriedades elétricas e magnéticas de um cristal são acopladas ou não, depende da simetria interna do cristal”, diz o físico Andrei Pimenov, da Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien), na Áustria.

“Se o cristal tem um alto grau de simetria, por exemplo, se um lado do cristal é exatamente a imagem espelhada do outro lado, então, por razões teóricas, não pode haver efeito magnetoelétrico.”

Nesse caso foi diferente: não só o cristal simétrico era capaz de produzir um efeito magnetoelétrico, mas era um tipo de efeito nunca antes visto.

Os cientistas dizem que, embora a simetria tenha sido mantida em um sentido geométrico, o magnetismo dos átomos de hólmio quebrou a simetria, permitindo um efeito que mudou para o reino da física quântica.

Essa quebra significava que a polarização era possível, onde as cargas positivas e negativas no cristal ficam ligeiramente deslocadas.

Isso é feito facilmente por meio de um campo elétrico, mas com o langasita também poderia ser feito com um campo magnético, e a chave acabou sendo a força do campo magnético.

“A estrutura do cristal é tão simétrica que não deveria permitir nenhum efeito magnetoelétrico”, diz Pimenov. “E no caso de campos magnéticos fracos, não há de fato nenhum acoplamento com as propriedades elétricas do cristal.”

“Mas se aumentarmos a força do campo magnético, algo notável acontece: os átomos de hólmio mudam seu estado quântico e ganham um momento magnético. Isso quebra a simetria interna do cristal.”

Embora o langasita mostrasse uma relação linear entre a polarização e a força do campo magnético, o que é normal, a relação entre a polarização e a direção do campo magnético não era normal de todo – era fortemente não linear.

Esse é o aspecto totalmente novo, que apenas uma pequena mudança na rotação do campo magnético poderia criar uma grande mudança no efeito de polarização elétrica.

O próximo passo dos pesquisadores é ver se esse efeito recém-descoberto também funciona na direção oposta, alterando as propriedades magnéticas com um campo elétrico.

Isso pode parecer um monte de física de ponta – e é – mas existem aplicações do mundo real em termos de salvar e armazenar dados de computador. O efeito magnetoelétrico também é importante para vários tipos de tecnologias de sensores.

“Em memórias magnéticas, como discos rígidos de computador, os campos magnéticos são necessários hoje”, diz Pimenov.

“Eles são gerados com bobinas magnéticas, o que requer uma quantidade relativamente grande de energia e tempo. Se houvesse uma maneira direta de trocar as propriedades magnéticas de uma memória de estado sólido com um campo elétrico, isso seria um grande avanço.”

A pesquisa foi publicada na NPJ Quantum Materials.

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