O efeito Barnett eletrônico, observado pela primeira vez por Samuel Barnett em 1915, é a magnetização de um corpo sem carga conforme ele é girado em seu longo eixo. Isso é causado por um acoplamento entre o momento angular dos spins eletrônicos e a rotação da haste.

Usando um método diferente daquele empregado por Barnett, dois pesquisadores da NYU observaram uma versão alternativa desse efeito, chamada de efeito Barnett nuclear, que resulta da magnetização de prótons ao invés de elétrons. Seu estudo, publicado em Cartas de revisão física ( PRL ), levou à primeira observação experimental deste efeito.

"Eu era um estudante de graduação na NYU, onde um grupo de colegas estava envolvido em um projeto relacionado a imagens cerebrais, "Mohsen Arabgol, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. A ideia fundamental por trás do projeto era polarizar as moléculas do cérebro induzindo a rotação usando o efeito Barnett e, em seguida, aplicando a imagem do tipo ressonância magnética. Fiquei interessado e decidi trabalhar na detecção do efeito Barnett nuclear como meu doutorado. dissertação."

Inicialmente, Arabgol e seu supervisor Tycho Sleator queriam impulsionar a rotação do corpo usado em seus experimentos, transferindo o momento angular orbital da luz para a amostra. Eles logo perceberam que essa técnica realmente não funcionava, e, portanto, decidiu empregar um método mais promissor usando um girador mecânico para impulsionar a rotação.

"O girador mecânico nos permitiu girar uma amostra maior de água a velocidades próximas a 15, 000 revoluções por segundo, e finalmente, fomos capazes de demonstrar o efeito Barnett nuclear, "Arabgol disse.

Em seus experimentos, Arabgol e Sleator usaram uma turbina giratória comercial para girar uma amostra de água a velocidades muito altas. Eles também usaram uma máquina de ressonância magnética nuclear (NMR) não padrão projetada para operar em baixas frequências. Isso está em forte contraste com os sistemas comerciais de NMR, que operam em alta frequência.

"Em nosso experimento, procurávamos uma mudança no sinal de NMR que era inversamente proporcional à frequência de NMR, "Arabgol disse." Então, ironicamente, queríamos um aparelho de NMR de baixa frequência, e tivemos que projetar e montar as peças nós mesmos. Para colocar isso em números, acabamos trabalhando com um aparelho que operava em menos de 1 MHz, e começamos a procurar por uma mudança de alguns (1 a 3) por cento no sinal. Se quiséssemos usar um aparelho padrão, tivemos que procurar uma mudança no sinal algumas ordens de magnitude menor, o que é impossível devido à variedade de ruídos. "

A técnica de NMR empregada por Arabgol e Sleator, chamado CPMG-Add, funciona processando uma série de sinais muito fracos (ou ecos). O sinal resultante foi forte o suficiente para ser facilmente detectado pela configuração dos pesquisadores, a tal ponto que as velocidades de rotação alcançadas o alteraram significativamente.

"Tanto quanto posso dizer, a beleza deste experimento não foi encontrar uma técnica extraordinária ou utilizar um novo aparelho, mas encontrar a combinação muito estreita de muitos parâmetros no experimento e executar todo o experimento com o mais alto nível de cuidado e consciência sobre a variedade de ruídos disponíveis, "Arabgol disse." Nossa observação mais interessante é que é, na verdade, possível magnetizar prótons apenas girando uma amostra. Isso foi muito emocionante, já que a contraparte eletrônica desse efeito havia sido observada há quase 100 anos e não tínhamos certeza se era possível fazer o mesmo com os prótons, especialmente visto que o mesmo efeito é quase 700 vezes menor em prótons em comparação com os elétrons. "

Arabgol e Sleator foram os primeiros a magnetizar prótons, obter uma observação confiável do efeito Barnett nuclear. Outro aspecto interessante de seu estudo é que a magnetização que observaram não tem nada a ver com campos magnéticos. Isso é particularmente notável, já que os pesquisadores até agora têm tipicamente magnetizado objetos aplicando um campo magnético a eles. O estudo realizado por Arabgol e Sleator, Contudo, prova que existem, na verdade, outros mecanismos que podem induzir magnetização sem necessariamente criar um campo magnético.

Do ponto de vista teórico, essas observações aumentam o entendimento atual da relação entre magnetização e rotação. Do ponto de vista prático, eles poderiam auxiliar no desenvolvimento de sistemas de RMN de frequência ultrabaixa, introduzindo uma nova técnica para induzir magnetização que não requer ímãs.

"Conduzimos nosso experimento para líquidos, "Arabgol disse." Um próximo passo muito lógico seria validar os resultados para os sólidos. Medir o efeito Barnett para sólidos seria muito mais difícil usando a mesma técnica. Como explicamos antes, o efeito é tão pequeno que apenas uma combinação muito estreita de parâmetros funcionou, e infelizmente, é quase impossível encontrar tal combinação para sólidos. É digno de nota, Contudo, que o nosso é apenas uma abordagem para resolver este problema. Outras técnicas (por exemplo, métodos baseados em SQUID) podem ser mais promissoras. "

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