Eletromagnon: o elo que faltava entre o "eletro" e o "magnetismo"

Com informações da TUWien

Só recentemente um material multiferroico permitiu controlar o magnetismo usando eletricidade a temperatura ambientepela primeira vez.[Imagem: Ruhr Universitat]

Eletricidade e magnetismo são duas faces da mesma moeda - toda atecnologia atual, incluindo a eletrônica, é baseada na interação entre a matéria e o eletromagnetismo.

Ondas no espaço livre, como a luz ou a radiação de um telefone celular, sempre consistem tanto de um componente magnético quanto de um componente elétrico.

Na ciência dos materiais, contudo, efeitos elétricos e magnéticos têm sido geralmente estudados separadamente - há materiais com ordenamento magnético, que reagem a campos magnéticos, e há materiais com ordenação elétrica, que podem ser influenciados por campos elétricos.

Um ímã tem um campo magnético, mas nele não há campo elétrico. Um cristal piezoelétrico, por outro lado, pode gerar um campo elétrico, mas não um campo magnético. Ter os dois ao mesmo tempo parecia impossível.

"Normalmente, os dois efeitos são criados de maneiras muito diferentes. O ordenamento magnético surge quando os elétrons alinham seus momentos magnéticos, e a ordenação elétrica vem quando cargas positivas e negativas movimentam-se umas em relação às outras," explica o professor Andrei Pimenov, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria.

Eletromagnons

Contudo, em 2006, Pimenov encontrou indícios de excitações que pareciam ser baseadas simultaneamente nas ordenações elétrica e magnética.

Essas excitações, que ele batizou de "eletromagnons", ficaram meio no limbo, sendo contestadas por muitos outros cientistas.

Agora Pimenov finalmente conseguiu demonstrar seus eletromagnons na prática e de forma indiscutível.

Para isso, ele ligou e desligou os eletromagnons usando apenas um campo elétrico, em um material especial feito de disprósio, manganês e oxigênio (DyMnO3).

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Este foi o complexo aparato desenvolvido por Pimenov para demonstrar que suas suspeitas iniciais estavam corretas. [Imagem: TUWien]

Magnetoelétricos

Cada elétron tem uma orientação magnética que é ligeiramente distorcida em relação à dos elétrons adjacentes - por conseguinte, os elétrons criam espirais de momentos magnéticos.

Essa espiral magnética tem duas orientações possíveis - no sentido horário ou anti-horário - e, surpreendentemente, um campo elétrico externo pode fazê-la alternar entre essas duas possibilidades.

Nesses materiais magnetoelétricos, as cargas e os momentos magnéticos dos átomos estão conectados. E no óxido de manganês e disprósio essa ligação é particularmente forte: "Quando os momentos magnéticos oscilam, as cargas elétricas se movem muito," disse Pimenov.

Nesse material, os momentos magnéticos e as cargas elétricas tomam parte simultaneamente na excitação, e, por conseguinte, os dois podem ser influenciados por um campo externo único.

Pimenov afirma haver muitas ideias para futuras aplicações dos eletromagnons: onde quer que seja desejável combinar as vantagens dos efeitos magnéticos e elétricos, os novos materiais magnetoelétricos poderão ser usados no futuro.

Isto inclui novos tipos de amplificadores, transistores ou dispositivos de armazenamento de dados, além de sensores altamente sensíveis.

Bibliografia:

Electric Field Control of Terahertz Polarization in a Multiferroic Manganite with Electromagnons
A. Shuvaev, V. Dziom, Anna Pimenov, M. Schiebl, A. A. Mukhin, A. C. Komarek, T. Finger, M. Braden, A. Pimenov
Physical Review Letters
Vol.: 111, 227201
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.227201