Descrição
Um dos desdobramentos mais significativos e promissores da pesquisa sobre as propriedades quânticas da matéria é a spintrônica, um campo dedicado ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de alto desempenho e baixo consumo de energia capazes de explorar a orientação magnética induzida em um material como resultado do alinhamento do spin de seus elétrons. Um estudo realizado por um grupo de pesquisadores do Centro de Condensação de Bose-Einstein (BEC), em Trento, e publicado na revista Nature Physics, agora lança luz sobre alguns mecanismos quânticos subjacentes a esse comportamento magnético e sua evolução ao longo do tempo.
Para obter o resultado, alcançado graças à colaboração entre o Instituto Nacional de Óptica do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR-Ino), o Departamento de Física da Universidade de Trento e o Instituto de Trento para Física Fundamental e Aplicada do Instituto Nacional de Física Nuclear (Tifpa-Infn), como parte da iniciativa Quantum at Trento (Q@TN), os pesquisadores resfriaram um gás composto de átomos de sódio a temperaturas próximas ao zero absoluto, colocando-o em um estado quântico capaz de simular a interface entre dois materiais magnéticos, cujas propriedades são caracterizadas por uma orientação de spin diferente, uma situação análoga à encontrada em dispositivos de memória, discos rígidos, em uso atualmente.
O resfriamento do gás até quase o zero absoluto - a temperatura na qual os átomos deixam de se comportar como partículas individuais e formam um único sistema quântico macroscópico conhecido como condensado de Bose-Einstein - torna possível superar as limitações associadas à natureza dos gases em temperatura ambiente. "Com o uso de feixes de laser e micro-ondas, os átomos podem ser manipulados com extrema precisão e preparados em um estado quântico específico que pode imitar a interface entre dois materiais magnéticos diferentes. Em um lado da interface, os spins estão todos alinhados ao longo de uma direção intrínseca do material e, no outro lado, eles giram em torno da direção do campo aplicado", afirmam Gabriele Ferrari (Unitn) e Alessio Recati (CNR-Ino).
Em materiais magnéticos padrão, o spin do elétron geralmente se orienta ao longo da direção do campo magnético aplicado, enquanto que em materiais caracterizados por uma forte anisotropia magnética, ele se orienta rapidamente ao longo de uma direção específica, mesmo se opondo à presença de um campo magnético externo. Os dois tipos diferentes de materiais podem ser colocados lado a lado, criando uma interface que representa uma clara descontinuidade entre os dois comportamentos diferentes, e o sistema atinge rapidamente uma configuração de equilíbrio. Na amostra realizada no laboratório de Trentino, em virtude da natureza superfluida intrínseca e das ligações interatômicas peculiares que caracterizam os condensados de Bose-Einstein, o relaxamento em direção ao equilíbrio ocorre durante um período de tempo mais longo, oferecendo a oportunidade de observar diretamente sua evolução ao longo do tempo.
"Isso possibilitou a identificação de um novo tipo de ondas magnéticas geradas como resultado da torção de spin, ondas que se propagam sem atrito dentro da nuvem de átomos, destruindo a interface a partir da qual foram geradas", afirmam Giacomo Lamporesi e Alessandro Zenesini do CNR-Ino. Essa observação, resultado de uma sinergia entre projetos financiados pela União Europeia, pelo Infn e pela Província Autônoma de Trento, coroa anos de pesquisa do laboratório do Centro BEC de Trento no campo de sistemas fora do equilíbrio e abre caminho para futuras pesquisas sobre a simulação de materiais magnéticos em condições nunca antes observadas, úteis para a compreensão de fenômenos de fronteira em spintrônica. Graças à universalidade desses mecanismos, que se estendem além do mundo dos materiais magnéticos, esse resultado também representa um primeiro passo para a simulação de fenômenos que normalmente são estudados em física subnuclear e astrofísica.