BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY
MADRID 26 mar. (EUROPA PRESS) -
Dois cientistas do Laboratório Nacional Brookhaven, nos Estados Unidos, descobriram uma nova fase da matéria ao estudar um sistema modelo de um material magnético.
Essa fase é um padrão nunca antes visto de spins de elétrons: os minúsculos momentos magnéticos "para cima" e "para baixo" de cada elétron. Ela consiste em uma combinação de spins "frios" altamente ordenados e spins "quentes" altamente desordenados, razão pela qual foi chamada de "metade gelo, metade fogo". Os pesquisadores descobriram a nova fase ao estudar um modelo unidimensional de um tipo de material magnético chamado ferrimagnético.
Metade gelo, metade fogo" é notável não apenas porque não foi observado antes, mas também porque é capaz de causar mudanças de fase extremamente abruptas no material a uma temperatura finita razoável. Esse fenômeno pode ter aplicações nos setores de energia e tecnologia da informação.
Os pesquisadores, os físicos Weiguo Yin e Alexei Tsvelik, descrevem seu trabalho em uma edição recente da revista Physical Review Letters.
"Encontrar novos estados com propriedades físicas exóticas e ser capaz de compreender e controlar as transições entre eles são problemas centrais nos campos da física da matéria condensada e da ciência dos materiais", disse Yin em um comunicado. "A solução desses problemas pode levar a avanços em tecnologias como a computação quântica e a spintrônica."
Tsvelik acrescentou: "Sugerimos que nossas descobertas podem abrir novas portas para a compreensão e o controle de fases e transições de fase em determinados materiais."
PRIMEIRO VEIO O FOGO E O GELO
A fase "meio-gelo, meio-fogo" é o estado gêmeo da fase "meio-fogo, meio-gelo", descoberta por Yin, Tsvelik e Christopher Roth, seu bolsista de verão de 2015, que atualmente é pós-doutorando no Flatiron Institute. Eles descrevem a descoberta em um artigo publicado no início de 2024.
Mas a história completa remonta a 2012, quando Yin e Tsvelik faziam parte de uma colaboração multi-institucional, liderada pelo físico da Brookhaven John Hill, estudando o Sr3CuIrO3, um composto magnético de estrôncio, cobre, irídio e oxigênio. Essa pesquisa deu origem a dois artigos: um estudo experimental em 2012 e um estudo teórico em 2013, ambos publicados na Physical Review Letters.
Yin e Tsvelik continuaram a estudar o comportamento de fase do Sr3CuIrO3 e, em 2016, descobriram a fase "meio-fogo, meio-gelo". Nesse estado, induzido por um campo magnético externo crítico, os spins "quentes" nos locais de cobre são completamente desordenados na rede atômica e têm momentos magnéticos mais baixos, enquanto os spins "frios" nos locais de irídio são completamente ordenados e têm momentos magnéticos mais altos. Esse trabalho foi publicado na Physical Review B.
"No entanto, apesar de nossa extensa pesquisa, ainda não sabíamos como esse estado poderia ser usado, especialmente porque já se sabe há um século que o modelo unidimensional de Ising, um modelo matemático estabelecido de ferromagnetismo que produz o estado meio-fogo, meio-gelo, não tem uma transição de fase em temperatura finita", disse Tsvelik. "Estávamos perdendo peças do quebra-cabeça.
Yin identificou recentemente uma pista para as peças que faltavam. Em duas publicações sobre sistemas com e sem um campo magnético externo, respectivamente, ele mostrou que a transição de fase proibida mencionada acima pode ser resolvida por uma passagem de fase ultra-estreita em uma temperatura finita fixa.
Neste trabalho, Yin e Tsvelik descobriram que "meio-fogo, meio-gelo" tem um estado oposto oculto no qual os spins quentes e frios trocam de posição. Ou seja, os spins quentes se tornam frios e os spins frios se tornam quentes, o que os levou a chamar a fase de "meio gelo, meio fogo".
O modelo revela que a mudança de fase ocorre em uma faixa de temperatura extremamente estreita, e Yin e Tsvelik já sugeriram possíveis maneiras de usar isso em aplicações futuras. Por exemplo, a mudança de fase ultrarrápida com uma gigantesca mudança de entropia magnética - oferecida por "meio fogo, meio gelo" - poderia ser útil para tecnologias de resfriamento. O fenômeno também poderia fornecer a base para um novo tipo de tecnologia de armazenamento de informações quânticas em que as fases agem como bits.
"Em seguida, exploraremos o fenômeno do fogo-gelo em sistemas com spins quânticos e com graus de liberdade adicionais de rede, carga e orbital", disse Yin.
Esta notícia foi traduzida por um tradutor automático