Criados ímãs ajustáveis por tensão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/08/2023

O controle do magnetismo abre inúmeras possibilidades de aplicações.
[Imagem: Hang Chi et al. - 10.1038/s41467-023-38995-4]

Efeito Hall

Mesmo sendo materiais duros e quebradiços, os ímãs fazem parte de nossos itens diários mais importantes, como computadores, equipamentos médicos, aparelhos de som, geradores e muito mais.

Imagine então o que poderá se tornar possível ao podermos contar com ímãs ajustáveis e que tenham suas propriedades físicas determinadas de acordo com a aplicação.

Foi justamente isso que Hang Chi e colegas do MIT e de várias outras instituições conseguiram agora pela primeira vez, ao manipular e controlar uma propriedade magnética conhecida como efeito Hall anômalo, quando os elétrons se agrupam e se movem de tal forma que o material parece ser feito de quasipartículas com propriedades incomuns, criando uma tensão elétrica inesperada no material. Mesmo ainda sem explicações conclusivas, esse efeito já foi utilizado para criar um novo tipo de memória RAM.

Agora, pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram manipular o efeito Hall anômalo, bastando para isso apertar ou esticar o material - ou as duas coisas ao mesmo tempo.

Embora esse avanço tenha ocorrido no nível molecular, a descoberta tem ramificações significativas no mundo real. Por exemplo, os discos rígidos armazenam dados em minúsculas regiões magnéticas e, se forem construídos com materiais ajustáveis por tensão mecânica, como nesse filme construído pela equipe, eles poderão armazenar dados adicionais em regiões que foram esticadas de maneiras diferentes - essa técnica é usada no silício há muito tempo, mas sem envolver o magnetismo.

Na robótica, materiais ajustáveis por tensão podem ser usados como sensores capazes de fornecer feedback preciso sobre os movimentos e posicionamento dos robôs. Esses materiais seriam especialmente úteis para robôs macios, que usam componentes moles e flexíveis que imitam melhor os organismos biológicos.

Noutro exemplo, um dispositivo magnético que mude seu comportamento quando flexionado ou dobrado pode ser usado para detectar mudanças mínimas no ambiente ou para fazer equipamentos de monitoramento de saúde incrivelmente sensíveis.

Controle do efeito Hall anômalo.
[Imagem: Hang Chi et al. - 10.1038/s41467-023-38995-4]

Dados magnéticos, robôs e sensores médicos

Em 1879, um estudante de 23 anos, chamado Edwin Hall, descobriu que, quando colocava um ímã em ângulo reto em uma tira de metal que tinha uma corrente passando por ela, um lado da tira adquiria uma carga elétrica maior do que o outro lado. O campo magnético estava desviando os elétrons da corrente em direção à borda do metal, um fenômeno que viria a ser chamado de efeito Hall.

Hall não contava ainda com a mecânica quântica, que não havia sido teorizada. Hoje, sabemos que, enquanto o efeito Hall é induzido por um campo magnético aplicado em um sistema clássico, em um caso quântico o efeito Hall pode ocorrer mesmo sem o campo externo, gerando o que hoje conhecemos como efeito Hall anômalo. Isso acontece graças às fases de Berry, que podem ser entendidas como um equivalente quântico do conhecido pêndulo de Foucault, que oscila e gira ao mesmo tempo, atingindo vários pontos em volta de uma esfera imaginária em sua base, criando uma "curvatura de Berry", que induz o efeito Hall sem um campo magnético.

A possibilidade inédita de controle desse efeito foi demonstrada agora usando tiras de meio milímetro de espessura de óxido de alumínio ou titanato de estrôncio, ambos cristais. Em cima de cada tira foi aplicada uma camada incrivelmente fina de telureto de cromo, um composto magnético.

Sozinhos, esses materiais não fazem muita coisa. Mas, quando combinados, o magnetismo do filme e a interface que ele criou com as bases metálicas causaram o estiramento ou a compressão das camadas.

Os pesquisadores então testemunharam o efeito anômalo de Hall e a curvatura de Berry respondendo ao grau de compressão ou de alongamento que ocorre na base após a aplicação do filme.

Mais tópicos