E se a magnetização de um material pudesse ser alterada? Qualquer material ferromagnético tem a particularidade de atrair ímãs e tornar-se automagnetizante na presença de um campo magnético. Este é particularmente o caso do ferro, níquel ou cobalto. Todos têm polaridade (orientação norte/sul). Esta última é a manifestação em larga escala do fenômeno da magnetização. É uma propriedade fundamental do material magnético e está ligada ao alinhamento coletivo dos spins (propriedade de rotação interna, como a agulha de uma bússola) dos elétrons. A magnetização geralmente é alterada pelo aquecimento do material ou pela aplicação de um campo magnético, o que perturba o arranjo comum dos spins dos elétrons.
No entanto, os físicos demonstraram que é possível mudar a polaridade de outras maneiras. Na verdade, eles usaram um laser em um material ferromagnético. Seu resultado não publicado é publicado na revista Natureza.
Um material com magnetismo constante
O pulso de laser é enviado para ditelureto de molibdênio (MoTe₂), um material ultrafino organizado como uma pilha de camadas de átomos, como as páginas de um livro. Dois estágios atômicos deste composto químico são depositados em um wafer. Este último, com tamanho de alguns micrômetros (um milionésimo de metro), designa uma fatia de um material semicondutor como o silício. O telureto de molibdênio tem a particularidade de formar estados topológicos, ou seja, configurações geométricas em nível quântico, ditadas por elétrons. Tais estados podem ser comparados a analogias geométricas (como anéis), mesmo que essas formas não devam ser interpretadas literalmente.
O feito experimental reside ainda na capacidade de fazer a transição de um material de isolante para condutor, permanecendo magnético em ambos os casos. Isto equivale a modificar a sua estrutura electrónica sem destruir a sua ordem magnética. “Nosso experimento nos mostra claramente que o pulso do laser altera a orientação coletiva dos spins. explicar Olivier Huber, doutorando no Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique (Suíça) e coautor do estudo, em comunicado de imprensa. Para garantir que o componente ferromagnético mude de polaridade, os pesquisadores também utilizaram um segundo laser. O feixe de luz então reflete no material e faz com que os spins dos elétrons variem. Daí a mudança na polaridade.
Rumo a aplicações promissoras
Esta experiência abre caminho para aplicações inovadoras, especialmente em eletrônica e computação quântica. “No futuro, a luz poderá ser usada para criar circuitos topológicos sob demanda diretamente em um chipe”, conclui Tomasz Smoleński, físico experimental da Universidade de Basileia (Suíça) e co-autor principal do estudo. Ou seja, desenvolver circuitos eletrônicos que se adaptem à luz, como é o caso dos circuitos quânticos.
Esse uso de laser também permitiria o desenvolvimento de minúsculos interferômetros, instrumentos para medir campos eletromagnéticos extremamente fracos.