Esta imagem mostra um exemplo de um cristal de sulfeto de ferro cultivado no laboratório da Universidade de Minnesota com uma pureza extremamente alta, usando um método chamado transporte de vapor químico. Observe o brilho "dourado", que é característico da pirita ou ouro do tolo. Crédito: University of Minnesota

Em um novo e inovador estudo, cientistas e engenheiros da Universidade de Minnesota transformaram eletricamente o abundante e de baixo custo material não magnético, sulfeto de ferro, também conhecido como “ouro de tolo” ou pirita, em material magnético.

É a primeira vez que os cientistas transformam eletricamente um material totalmente não magnético em material magnético, e pode ser o primeiro passo na criação de novos materiais magnéticos valiosos para dispositivos de memória de computador com maior eficiência energética.

A pesquisa foi publicada na Science Advances, uma revista científica revisada por pares publicada pela Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS).

“A maioria das pessoas conhecedoras de magnetismo provavelmente diria que era impossível transformar eletricamente um material não magnético em material magnético. Quando olhamos um pouco mais a fundo, vimos uma rota em potencial e a fizemos acontecer”, disse Chris Leighton, o pesquisador principal do estudo e um professor da Universidade McKnight da Universidade de Minnesota, no Departamento de Engenharia Química e Ciência dos Materiais.

Leighton e seus colegas, incluindo Eray Aydil na Universidade de Nova York e Laura Gagliardi (química) na Universidade de Minnesota, estudam sulfeto de ferro, ou “ouro do tolo”, há mais de uma década para possível uso em células solares. O enxofre, em particular, é um subproduto altamente abundante e de baixo custo da produção de petróleo. Infelizmente, cientistas e engenheiros não encontraram uma maneira de tornar o material eficiente o suficiente para realizar células solares de baixo custo e abundantes na Terra.

“Nós realmente voltamos ao material de sulfeto de ferro para tentar descobrir os obstáculos fundamentais para células solares baratas e não tóxicas”, disse Leighton. “Enquanto isso, meu grupo também trabalhava no campo emergente da magnetoiônica, onde tentamos usar tensões elétricas para controlar propriedades magnéticas de materiais para possíveis aplicações em dispositivos de armazenamento de dados magnéticos. Em algum momento, percebemos que deveríamos combinar essas duas direções de pesquisa, e valeu a pena.”

Leighton disse que seu objetivo era manipular as propriedades magnéticas dos materiais apenas com uma tensão, com muito pouca corrente elétrica, o que é importante para tornar os dispositivos magnéticos mais eficientes em termos energéticos. Os progressos realizados até o momento incluíam ligar e desligar o ferromagnetismo, a forma tecnologicamente mais importante de magnetismo, em outros tipos de materiais magnéticos. O sulfeto de ferro, no entanto, ofereceu a perspectiva de potencialmente induzir ferromagnetismo em um material totalmente não magnético.

No estudo, os pesquisadores usaram uma técnica chamada porta eletrolítica. Eles pegaram o material não magnético de sulfeto de ferro e o colocaram em um dispositivo em contato com uma solução iônica, ou eletrólito, comparável ao Gatorade. Eles então aplicaram apenas 1 volt (menos voltagem que uma bateria doméstica), moveram moléculas carregadas positivamente para a interface entre o eletrólito e o sulfeto de ferro e induziram magnetismo. É importante ressaltar que eles foram capazes de desligar a tensão e retornar o material ao seu estado não magnético, o que significa que eles podem ativar e desativar o magnetismo de forma reversível.

“Ficamos surpresos com o resultado”, disse Leighton. “Ao aplicar a tensão, essencialmente despejamos elétrons no material. Acontece que, se você obtiver concentrações suficientemente altas de elétrons, o material desejará espontaneamente se tornar ferromagnético, o que pudemos entender com a teoria. Isso tem muito potencial. “Tendo feito isso com sulfeto de ferro, achamos que também podemos fazê-lo com outros materiais”.

Leighton disse que eles nunca imaginariam tentar essa abordagem se não fosse a pesquisa de sua equipe que estudava sulfeto de ferro para células solares e o trabalho em magnetoiônicos.

“Foi a convergência perfeita de duas áreas de pesquisa”, disse ele.

Leighton disse que o próximo passo é continuar a pesquisa para replicar o processo em temperaturas mais altas, o que os dados preliminares da equipe sugerem que certamente deve ser possível. Eles também esperam tentar o processo com outros materiais e demonstrar potencial para dispositivos reais.

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