Os cientistas descobriram uma maneira surpreendente de afetar as propriedades de armazenamento de informações em ligas metálicas.

Às vezes, descobertas científicas podem ser encontradas ao longo de caminhos bem conhecidos. Isso provou o caso de um material de liga de cobalto-ferro comumente encontrado em unidades de disco rígido.

Conforme relatado em uma edição recente da Cartas de revisão física , pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), junto com a Oakland University em Michigan e a Fudan University na China, encontraram um efeito quântico surpreendente nesta liga.

O efeito envolve a capacidade de controlar a direção do spin do elétron, e poderia permitir aos cientistas desenvolver materiais mais poderosos e eficientes em termos de energia para o armazenamento de informações. Ao alterar a direção do spin do elétron em um material, os pesquisadores conseguiram alterar seu estado magnético. Este maior controle de magnetização permite que mais informações sejam armazenadas e recuperadas em um espaço menor. Maior controle também pode render aplicações adicionais, como motores elétricos mais eficientes em termos de energia, geradores e rolamentos magnéticos.

O efeito que os pesquisadores descobriram tem a ver com "amortecimento, "em que a direção do giro do elétron controla como o material dissipa energia." Quando você dirige seu carro por uma estrada plana sem vento, a dissipação de energia do arrasto é a mesma, independentemente da direção em que você viaja, "disse o cientista de materiais de Argonne, Olle Heinonen, um autor do estudo. "Com o efeito, descobrimos, é como se seu carro experimentasse mais resistência se você estiver viajando de norte a sul do que se você estiver viajando de leste a oeste. "

“Em termos técnicos, descobrimos um efeito considerável de amortecimento magnético em camadas em nanoescala de liga de cobalto-ferro revestidas em um lado de um substrato de óxido de magnésio, "acrescentou o cientista de materiais da Argonne, Axel Hoffmann, outro autor do estudo. "Ao controlar o spin do elétron, o amortecimento magnético dita a taxa de dissipação de energia, controlar aspectos da magnetização. "

A descoberta da equipe foi especialmente surpreendente porque a liga de cobalto-ferro foi amplamente utilizada em aplicações como discos rígidos magnéticos por muitas décadas, e suas propriedades foram exaustivamente investigadas. Era uma sabedoria convencional que este material não tinha uma direção preferencial para o spin do elétron e, portanto, a magnetização.

No passado, Contudo, os cientistas prepararam a liga para uso "assando-a" em alta temperatura, que ordena o arranjo dos átomos de cobalto e ferro em uma rede regular, eliminando o efeito direcional. A equipe observou o efeito examinando ligas de cobalto-ferro não cozidas, em que átomos de cobalto e ferro podem ocupar aleatoriamente os locais uns dos outros.

A equipe também foi capaz de explicar a física subjacente. Em uma estrutura de cristal, os átomos normalmente ficam em intervalos perfeitamente regulares em um arranjo simétrico. Na estrutura cristalina de certas ligas, existem pequenas diferenças na separação entre os átomos que podem ser removidos durante o processo de cozimento; essas diferenças permanecem em um material "não cozido".

Apertar tal material no nível atômico muda ainda mais a separação dos átomos, resultando em diferentes interações entre spins atômicos no ambiente cristalino. Esta diferença explica como o efeito de amortecimento na magnetização é grande em algumas direções, e pequeno em outros.

O resultado é que distorções muito pequenas no arranjo atômico dentro da estrutura cristalina da liga de cobalto-ferro têm implicações gigantescas para o efeito de amortecimento. A equipe executou cálculos no Argonne Leadership Computing Facility, um DOE Office of Science User Facility, que confirmou suas observações experimentais.

O trabalho dos pesquisadores aparece na edição online de 21 de março de Cartas de revisão física e tem direito, "Anisotropia gigante de amortecimento de Gilbert em filmes CoFe epitaxiais."