Altermagnetismo: Comprovada a Presença de uma Nova Forma de Magnetismo

Cientistas da República Tcheca e da Suíça realizaram experimentos que confirmaram a existência de um novo tipo de magnetismo denominado altermagnetismo.

Os altermagnetos exibem uma combinação única de propriedades das duas principais classes de ímãs já conhecidas, tornando-os vantajosos para a produção de memórias de computadores extremamente rápidas e de alta capacidade, além de viabilizar o desenvolvimento de novos tipos de computadores magnéticos.

Até o século 20, acreditava-se que apenas um tipo de ímã permanente, o ferromagneto, existia. Esse tipo de ímã demonstra seus efeitos em objetos expostos a campos magnéticos externos relativamente fortes, como ímãs de geladeira ou agulhas de bússola. O campo magnético de longo alcance é gerado quando todos os elétrons de um material têm seus momentos magnéticos intrínsecos, conhecidos como spin, alinhados na mesma direção.

Entretanto, na década de 1930, o físico francês Louis Néel descobriu outro tipo de magnetismo, denominado antiferromagnetismo, no qual os spins dos elétrons apontam alternadamente para cima e para baixo. Diferentemente dos ferromagnetos, os antiferromagnetos não geram campos magnéticos externos, mas possuem propriedades internas interessantes, exploradas tecnologicamente para criar memórias ultrarrápidas que nunca perdem dados e bits que podem ser gravados usando luz.

Em 2019, físicos detectaram uma corrente elétrica inesperada na estrutura cristalina de alguns antiferromagnetos, denominada efeito Hall anômalo, que não podia ser explicada pela teoria dos spins alternados. Isso levou à hipótese da existência de um novo tipo de magnetismo, denominado altermagnetismo. “Alter” em latim significa “outro”.

Os altermagnetos deveriam ser semelhantes aos antiferromagnetos, mas as camadas de spins pareceriam iguais quando giradas em qualquer ângulo. Essa característica explicaria o efeito Hall anômalo. A equipe de cientistas, liderada por Juraj Krempasky do Instituto Paul Scherrer (Suíça) e da Academia Tcheca de Ciências – a mesma equipe que descobriu a água metálica em 2021 – procedeu à observação da estrutura eletrônica para validar essa teoria.

Krempasky validou a existência do altermagnetismo ao demonstrar que um cristal de telureto de manganês (Mg33Te67), previamente considerado antiferromagnético, é, de fato, um alterímã.

Ao analisar a reflexão da luz no telureto de manganês – uma medida das energias e velocidades dos elétrons dentro do cristal – a equipe observou que os elétrons se organizam de maneira quase idêntica às previsões fornecidas por simulações para um material altermagnético.

Os elétrons parecem divididos em dois grupos, proporcionando-lhes maior liberdade de movimento dentro do cristal, resultando no fenômeno do altermagnetismo. Essa divisão dos elétrons parece originar-se dos átomos de telúrio, que não são magnéticos, separando as cargas magnéticas do manganês em planos distintos na estrutura cristalina. Isso gera a simetria rotacional responsável pelo altermagnetismo.

Dessa forma, os alterímãs possuem uma combinação única de organização de spins e simetrias cristalinas. Os spins alternam-se, assemelhando-se aos antiferromagnetos, resultando em ausência de magnetização líquida. No entanto, ao invés de se anularem completamente, as simetrias proporcionam uma estrutura de banda eletrônica com uma polarização de spin intensa, que varia de direção ao atravessar as bandas de energia do material.

Apesar de outros tipos de magnetismo, como diamagnetismo e paramagnetismo, já serem conhecidos, eles descrevem respostas específicas a campos magnéticos externos aplicados, não ordenações magnéticas espontâneas intrínsecas dos materiais.

Novas tecnologias magnéticas para computação estão surgindo com a descoberta do altermagnetismo. Embora o altermagnetismo não produza um campo magnético externo, ele apresenta propriedades altamente vantajosas, incluindo algumas semelhantes aos ferromagnetos e outras completamente inéditas.

Esse terceiro componente magnético oferece benefícios únicos para o campo em expansão das tecnologias de memória magnética de próxima geração, conhecido como spintrônica. Enquanto a eletrônica tradicional utiliza apenas a carga dos elétrons, a spintrônica explora também o estado de spin dos elétrons para o transporte de informações.

As propriedades dos alterímãs têm o potencial de aprimorar a capacidade de armazenamento dos discos rígidos, uma vez que os materiais ferromagnéticos convencionais estão tão densamente compactados que os campos magnéticos externos dos grânulos começam a interferir uns com os outros. Por não gerarem campos magnéticos externos, os alterímãs podem ser compactados de forma mais eficiente.

No entanto, a aplicação mais futurista reside nos processadores magnéticos, que utilizam o momento magnético dos elétrons em vez de sua carga elétrica para realizar cálculos. A capacidade de empregar o magnetismo sem a necessidade de lidar com campos magnéticos externos promete simplificar significativamente o desenvolvimento nesse campo inovador.

De acordo com Nature.

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