Descoberta nova fase da matéria: "Meio gelo, meio fogo"

Materiais Avan?ados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/03/2025

Metade fogo, metade gelo

F?sicos do Laborat?rio Nacional Brookhaven, nos EUA, conseguiram finalmente compreender e descrever um fen?meno ex?tico no qual eles v?m trabalhando h? uma d?cada: ? mesmo uma nova fase da mat?ria.

A fase ? caracterizada por um padr?o nunca antes visto de spins de el?trons, os pequenos momentos magn?ticos "para cima" e "para baixo" que cada el?tron possui.

Na transi??o de fase rec?m-descoberta, o material passa a apresentar uma combina??o de spins "frios", altamente ordenados, e spins "quentes", altamente desordenados. Por isso a nova fase da mat?ria foi batizada de "metade gelo, metade fogo", ou "meio fogo, meio gelo" (MFMG).

"Meio gelo, meio fogo ? not?vel n?o apenas porque nunca foi observada antes, mas tamb?m porque ? capaz de acionar uma comuta??o extremamente brusca entre fases no material a uma temperatura razo?vel e finita. Esse fen?meno pode um dia resultar em aplica??es nas ind?strias de energia e tecnologia da informa??o," disse o professor Weiguo Yin.

Computa??o magn?tica

Os pesquisadores descobriram a nova fase enquanto estudavam um modelo unidimensional de um tipo de material magn?tico chamado ferrimagneto, um composto magn?tico de estr?ncio, cobre, ir?dio e oxig?nio (Sr₃CuIrO₆).

Nos ferrimagnetos, alguns dos ?tomos est?o alinhados em uma dire??o e outros est?o alinhados precisamente na dire??o oposta. Como resultado, o campo magn?tico geral que eles produzem depende do equil?brio entre os dois tipos de alinhamento - se houver mais ?tomos apontados para um lado do que para o outro, essa diferen?a produzir? um campo magn?tico l?quido naquela dire??o.

Por conta de suas propriedades magn?ticas serem fortemente influenciadas por for?as externas, os materiais ferrimagn?ticos devem ser capazes de armazenar dados ou mesmo viabilizar circuitos l?gicos magn?ticos, em vez de el?tricos, que s?o muito mais r?pidos e capazes de acomodar mais dados em um determinado espa?o do que os ferromagnetos convencionais de hoje, al?m de n?o perderem os dados na falta de energia - al?m disso, a computa??o magn?tica ? super eficiente.

Meio fogo, meio gelo e meio gelo, meio fogo

A transi??o do ferrimagneto para a fase meio-fogo, meio-gelo ? induzida pela aplica??o de um campo magn?tico externo. Sob a a??o do magnetismo, os spins "quentes" nos s?tios de cobre do material ficam totalmente desordenados na rede at?mica, apresentando momentos magn?ticos menores, enquanto os spins "frios" nos s?tios de ir?dio ficam totalmente ordenados, apresentando momentos magn?ticos maiores.

"Mas, apesar de nossa extensa pesquisa, ainda n?o sab?amos como esse estado poderia ser utilizado, especialmente porque ? bem conhecido h? um s?culo que o modelo de Ising unidimensional, um modelo matem?tico estabelecido de ferromagnetismo que produz o estado meio-fogo, meio-gelo, n?o hospeda uma transi??o de fase de temperatura finita," disse Alexei Tsvelik. "Est?vamos perdendo pe?as do quebra-cabe?a."

Agora eles identificaram a pe?a que faltava nesse quebra-cabe?a: A transi??o de fase pode ser obtida por um cruzamento de fase ultraestreito em uma temperatura finita fixa.

E saber disso permitiu uma outra descoberta: A de que a fase "meio fogo, meio gelo" tem um estado oposto, oculto, no qual os spins quentes e frios trocam de posi??o. Ou seja, os spins quentes tornam-se frios, e os spins frios tornam-se quentes, criando uma nova fase invertida, por isso chamada de "meio gelo, meio fogo".

O trabalho da dupla revelou que a comuta??o entre fases ocorre em uma faixa de temperatura ultraestreita, e Yin e Tsvelik j? sugeriram poss?veis maneiras de como isso poder? ser usado em aplica??es futuras. Por exemplo, a comuta??o de fase ultran?tida com uma mudan?a gigante de entropia magn?tica oferecida pela fase "meio fogo, meio gelo" poder? ser ?til para tecnologias de refrigera??o. O fen?meno tamb?m poder? ser usado como base para um novo tipo de tecnologia de armazenamento de informa??es qu?nticas na qual as fases atuam como bits.

"Encontrar novos estados com propriedades f?sicas ex?ticas - e ser capaz de entender e controlar as transi??es entre esses estados - s?o problemas centrais nos campos da f?sica da mat?ria condensada e da ci?ncia dos materiais," disse Yin. "Resolver esses problemas pode levar a grandes avan?os em tecnologias como computa??o qu?ntica e spintr?nica."

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