Grupo do CBPF estuda comportamento de parede magnética em ‘bifurcação’

Postado em: 28/04/2017

O que acontece quando um tornado, deslocando-se por uma estrada, chega a uma bifurcação? Pesquisadores do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ), fizeram a si mesmos pergunta semelhante no campo do magnetismo. As respostas obtidas – publicadas recentemente em periódico internacional – poderão ajudar no desenvolvimento de memórias de computador, dispositivos lógicos ou mídias de armazenamento de dados.

Jeovani Brandão – doutorado pelo CBPF em 2014 e pós-doutorado pela Universidade de Durham (Reino Unido) – e seu orientador, o pesquisador titular do CBPF Luiz Sampaio, observaram em experimento – idealizado e realizado por eles e colegas – o comportamento de um fenômeno que se deslocava por uma diminuta fita magnética rumo a uma bifurcação. Brandão atualmente é pós-doutorando no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas (SP).

Esses resultados – publicados em Journal of Applied Physics (JAP) – ganharam destaque no portal na internet da AIP (sigla, em inglês, para Instituto Norte-americano de Física), tradicional instituição dessa área de pesquisa nos EUA e responsável por editar e publicar o JAP e vários outros periódicos.

 

Estrada bifurcada

Parede de domínio magnético é o nome do tal fenômeno investigado pela equipe do CBPF. Ela pode ser entendida, de modo simples, como uma região de transição entre áreas magnetizadas em direções opostas. Podemos pensar que essas áreas têm todos os seus spins alinhados, mas em direções opostas. Spins podem ser imaginados como uma propriedade das entidades subatômicas (elétrons, no caso do experimento) que lembra diminutas agulhas de bússola. Os spins da segunda área, à medida que a parede avança, mudam sua direção. 

Entre essas duas zonas – varrendo o material como uma frente de fogo em uma plantação – está justamente a parede de domínio magnético, que pode ser considerada a ‘protagonista’ do experimento. Em seu interior, os spins mudam constantemente de orientação, girando em torno de um ‘caroço’ central, formando, assim, um vórtice que lembra um tornado – daí, a pergunta inicial que inspirou o experimento.

No experimento, o papel da estrada bifurcada foi exercido por uma nanofita magnética, composta por uma liga dedois elementos químicos, ferro e níquel. Esse dispositivo tinha as dimensões típicas do universo com o qual lidam a nanociência e nanotecnologia: 400 nanômetros de largura e 100 micrômetros de comprimento (figura 1).

Cada nanômetro equivale à bilionésima parte do metro. Para se obterem objetos com essa dimensão, teríamos que pegar aquele ‘1 mm’ de uma régua escolar e dividi-lo em... um milhão de partes iguais. Isso equivale a três vezes a distância entre átomos no material.

Para criar a parede e fazê-la se movimentar, os pesquisadores aplicaram sobre a nanofita um campo magnético, equivalente ao gerado por um ímã convencional, como aqueles de geladeira.

 

Figura 1. Nanofita magnética com bifurcação em ‘Y’, usada em experimento no CBPF

(Crédito: JPA/Brandão et al/CBPF)

 

Possíveis aplicações

Para examinar o que ocorria no interior da parede magnética, Brandão e colegas aplicaram um laser para efetuar medidas em três pontos – mostrados como 1, 2 e 3, na figura 1 – da nanofita: o primeiro, bem antes da bifurcação, e cada um dos outros dois em um dos braços da bifurcação.

A primeira observação importante – no entanto, algo óbvia, se nos lembrarmos da comparação com o tornado – é que a parede se divide em duas ao atingir a bifurcação. Porém, mais importante, o experimento mostrou que o sentido de orientação dos spins nos vórtices se inverte. Mais ou menos como se um tornado se dividisse em dois: um girando em sentido horário seguindo por estrada, e outro, anti-horário, seguindo pela outra ramificação.

 

Figura 2. Simulação computacional de uma parede magnética avançando sobre uma área da nanofita

previamente magnetizada (azul), dividindo-se em duas e alterando sua ‘rotação’ na bifurcação

(Crédito: JPA/Brandão et al/CBPF)

 

Esses resultados permitiriam, por exemplo, selecionar paredes com sentidos distintos de rotação. Na prática (e em termos simples), sentido horário poderia fazer o papel de ‘0’; anti-horário, de ‘1’, como a lógica binária empregada por computadores.

Esse movimento das paredes de domínio magnético tem sido muito explorado por seu alto potencial de aplicação em uma área denominada spintrônica, que usa os spins dos elétrons para carregar e armazenar informação. Portanto, controlar essas paredes permitiria o desenvolvimento de discos rígidos, memórias para computador, sensores e dispositivos lógicos, por exemplo.

 

Prata da casa

A nanofita em forma de ‘Y’ – com 12 camadas atômicas empilhadas – foi fabricada no Laboratório Multiusuário de Nanociência e Nanotecnologia do CBPF (Labnano), com base numa técnica denominada litografia, a mesma usada na fabricação de chips e microprocessadores, por exemplo.

O experimento contou com a colaboração do tecnologista sênior Alexandre Mello e o pesquisador adjunto Flávio Garcia, ambos do CBPF.

Agora a equipe pretende ver como outras geometrias com bifurcação influenciam o modo como os vórtices alteram suas rotações.

 

Mais informações:

Destaque da AIP (em inglês): https://publishing.aip.org/publishing/journal-highlights/magnetic-fields-crossroads

Artigo na JPA (em inglês): http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4976967

Labnano/CBPF (em português): http://portal.cbpf.br/labnano/


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