Estudo demonstra nova forma de controle e transporte de informação Pesquisa

Pesquisador da UFPE explica como o conceito Spin pode ser utilizado no controle e transporte de informação e ser aplicado da medicina à tecnologia militar

O Spin, conceito da Física que, em definição simples, corresponde ao movimento de rotação de uma partícula em torno do seu próprio eixo, pode ser mais uma forma de controle e transporte de informação. A constatação integra as conclusões da tese “Fenômenos de spintrônica e magnômica em materiais magnéticos”, defendida no Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) por  José Holanda da Silva Júnior. Desenvolvido na área de Física da Matéria Condensada, o estudo abrangeu conhecimento de magnetismo, spintrônica, magnônica, caloritrônica de spin e outros. Segundo o autor, a pesquisa, que envolveu um esforço multidisciplinar, “possui os mais altos níveis em termos de ciência básica, com possíveis aplicações desde os campos da medicina à tecnologia militar”.

Com o trabalho, José Holanda mostra que é possível separar efeitos que envolvem a eletrônica convencional da eletrônica que envolve o spin (spintrônica) e, a partir dessa compreensão, “detectar efeitos pioneiros em materiais antiferromagnéticos (materiais estes que possuem magnetização líquida nula), como a primeira detecção de uma corrente de spin em um material antiferromagnético a temperatura ambiente (300 K)“. Segundo o pesquisador, esse experimento mostrou que, assim como é possível gerar uma corrente elétrica utilizando o movimento dos elétrons e produzir energia para um eletrodoméstico, também se pode gerar uma corrente de spin (fluxo de energia devido ao movimento de rotação de várias partículas em torno de um eixo) para produzir energia. Energia essa que pode ser utilizada.

Ilustração do modo uniforme de precessão dos spins na condição de ressonância ferromagnética.

Polarização

O autor também explica que o spin pode ser polarizado em uma determinada direção utilizando, por exemplo, um campo magnético, uma diferença de temperatura ou até mesmo uma corrente elétrica. Dessa forma, é possível codificar o movimento do spin utilizando sua polarização que, neste caso, consiste em manter o eixo do movimento de rotação em uma única direção. “Um dos outros estudos pioneiros foi a detecção do spin do fônon pela conversão mágnon-fônon“, complementa José.

Para realizar essa detecção, o pesquisador produziu um sistema em que o mágnon (quantum da onda de spin; excitação coletiva de spins com comportamento de onda) “doa” seu spin para o fônon (quantum da onda elástica; vibração coletiva de átomos interligados de um material com comportamento de onda formando um sistema que nós físicos chamamos de rede), ou seja, transmite uma entidade que pode ser utilizada para gerar informação codificada. Assim, um micro(nano)chip com estas características será capaz de produzir e transmitir informações com eficiência e altíssima velocidade. “Lembramos que o quantum é uma palavra utilizada em física para expressar a quantidade mínima de uma determinada entidade quântica. Essa entidade pode ser energia, matéria, entre outras coisas”, explica.

Ao realizar experimentos que envolveram medidas simultâneas do bombeamento de spin utilizando radiação de microondas, ou seja, fluxo de corrente de spin usando excitação de microondas e a geração de corrente de spin pela aplicação de gradiente térmico em uma bicamada de material ferrimagnético/material não magnético, a tese revela que a excitação dos spins tem uma dependência com o tipo de “perturbação” utilizado para gerar o fluxo de movimento.  E, segundo o autor, essa compreensão é de fundamental importância para as mais variadas aplicações nas mais diversas áreas.

Modelos

O estudo também mostra que o campo de exchange bias − efeito produzido em interfaces antiferromagnética/ferromagnética − medido é praticamente o mesmo. “Utilizamos diferentes tipos de efeitos para demonstrar uma característica que esse tipo de bicamada apresenta ‘exchange bias’, ou seja, produção de um campo magnético intrínseco na interface do material, e esse é o tipo de efeito que pode servir para polarizar o movimento de rotação discutido acima”, explica. O autor produziu diferentes modelos teóricos que permitiram a análise e melhor interpretação dos resultados experimentais, revelando que o spin pode ser utilizado como nova ferramenta de controle e transporte de informação.

A pesquisa, orientada pelo professor Sergio Rezende, recebeu da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) o Prêmio Capes Tese, como uma das melhores teses avaliadas pela instituição em 2019. Além disso, em dezembro, o trabalho recebeu, também pela Capes, o Prêmio Oscar Sala de melhor tese na área de Ciências Exatas, Tecnológicas e Multidisciplinar.

Veja a tese

Fonte: Ascom da UFPE