O estudo do Berkeley Lab oferece base para a compreensão e o projeto de novos materiais para armazenamento de dados magnéticos.

Os spins dos elétrons são propriedades fundamentais dos elétrons que determinam seu comportamento magnético. Em materiais como o óxido de níquel, os spins dos elétrons interagem com a rede cristalina, dando origem a uma variedade de fenômenos magnéticos. Compreender como essas interações ocorrem é crucial para projetar novos materiais para armazenamento de dados magnéticos e outras aplicações.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) fez um avanço na compreensão de como os spins do elétron interagem com a rede cristalina do óxido de níquel. Suas descobertas, publicadas na revista Nature Communications, fornecem uma base para a compreensão e o projeto de novos materiais para armazenamento de dados magnéticos.

"Nosso estudo revela os detalhes microscópicos de como os spins dos elétrons interagem com a rede do óxido de níquel", disse o autor principal Yimei Zhu, pesquisador de pós-doutorado na Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab. “Essa compreensão é essencial para o projeto racional de novos materiais com propriedades magnéticas desejadas”.

Os pesquisadores usaram uma combinação de técnicas experimentais, incluindo espalhamento de nêutrons e espectroscopia de absorção de raios X, para estudar as excitações magnéticas no óxido de níquel. Eles descobriram que os spins do elétron interagem com a rede de duas maneiras diferentes:através da interação de troca e da interação spin-órbita.

A interação de troca é uma interação magnética entre dois elétrons que resulta do princípio de exclusão de Pauli. A interação spin-órbita é um efeito relativístico que surge da interação entre o spin do elétron e seu movimento.

Os pesquisadores descobriram que a interação de troca é a interação dominante no óxido de níquel. No entanto, a interação spin-órbita também desempenha um papel significativo na determinação das propriedades magnéticas do material.

"Nosso estudo fornece uma compreensão abrangente de como os spins dos elétrons interagem com a rede do óxido de níquel", disse o autor sênior Junjie Zhang, cientista da equipe da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab. “Essa compreensão nos permitirá projetar novos materiais com propriedades magnéticas personalizadas para uma ampla gama de aplicações, como armazenamento de dados magnéticos, spintrônica e computação quântica”.

Além de Zhu e Zhang, outros pesquisadores envolvidos no estudo incluem:Wenbin Wang, Xiangli Peng e Xiao Zhang do Berkeley Lab; e Robert J. Cava, da Universidade de Princeton.

Esta pesquisa foi apoiada pelo DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Materials Sciences and Engineering Division, sob o contrato nº DE-AC02-05CH11231. O acesso à linha de luz 12.3.2 da Fonte de Luz Avançada foi fornecido pelo DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences. Experimentos de espalhamento de nêutrons foram realizados na Spallation Neutron Source (SNS), uma instalação do usuário do DOE Office of Science operada pelo Oak Ridge National Laboratory.