As propriedades magnéticas de um haleto de cromo podem ser ajustadas manipulando os átomos não magnéticos no material, um time, liderado por pesquisadores do Boston College, relatórios na edição mais recente de Avanços da Ciência .

O método aparentemente contra-intuitivo é baseado em um mecanismo conhecido como uma interação de troca indireta, de acordo com o professor assistente de física do Boston College, Fazel Tafti, um dos principais autores do relatório.

Uma interação indireta é mediada entre dois átomos magnéticos por meio de um átomo não magnético conhecido como ligante. Os resultados do Tafti Lab mostram que, ao alterar a composição desses átomos de ligante, todas as propriedades magnéticas podem ser facilmente ajustadas.

"Abordamos uma questão fundamental:é possível controlar as propriedades magnéticas de um material alterando os elementos não magnéticos?" disse Tafti. "Esta ideia e a metodologia que relatamos não têm precedentes. Nossas descobertas demonstram uma nova abordagem para criar ímãs em camadas sintéticas com nível de controle sem precedentes sobre suas propriedades magnéticas."

Os materiais magnéticos são a espinha dorsal da tecnologia mais atual, como a memória magnética em nossos dispositivos móveis. É prática comum ajustar as propriedades magnéticas modificando os átomos magnéticos de um material. Por exemplo, um elemento magnético, como o cromo, pode ser substituído por outro, como o ferro.

A equipe estudou maneiras de controlar experimentalmente as propriedades magnéticas de materiais magnéticos inorgânicos, especificamente, halogenetos de cromo. Esses materiais são feitos de um átomo de cromo e três átomos de haleto:cloro, Bromo, e iodo.

A descoberta central ilustra um novo método de controlar as interações magnéticas em materiais em camadas usando uma interação especial conhecida como acoplamento ligante spin-órbita. O acoplamento spin-órbita é uma propriedade de um átomo de reorientar a direção dos spins - os minúsculos ímãs nos elétrons - com o movimento orbital dos elétrons ao redor dos átomos.

Esta interação controla a direção e magnitude do magnetismo. Os cientistas estão familiarizados com o acoplamento spin-órbita dos átomos magnéticos, mas eles não sabiam que o acoplamento spin-órbita dos átomos não magnéticos também poderia ser utilizado para reorientar os spins e ajustar as propriedades magnéticas, de acordo com Tafti.

A equipe ficou surpresa que eles puderam gerar um diagrama de fase inteiro, modificando os átomos não magnéticos em um composto, disse Tafti, que foi coautor do relatório com os físicos da Colúmbia Britânica Ying Ran e Kenneth Burch, pesquisadores de pós-doutorado Joseph Tang e Mykola Abramchuk, estudante de graduação Faranak Bahrami, e os alunos de graduação Thomas Tartaglia e Meaghan Doyle. Julia Chan e Gregory McCandless, da Universidade do Texas, Dallas, e Jose Lado da Universidade Aalto da Finlândia, também fizeram parte da equipe.

"Esta descoberta apresenta um novo procedimento para controlar o magnetismo em materiais em camadas, abrindo um caminho para criar novos ímãs sintéticos com propriedades exóticas, "Tafti disse." Além disso, encontramos fortes assinaturas de um estado quântico potencialmente exótico associado à frustração magnética, uma descoberta inesperada que pode levar a uma nova direção de pesquisa empolgante. "

Tafti disse que o próximo passo é usar esses materiais em tecnologias inovadoras, como dispositivos magneto-ópticos ou a nova geração de memórias magnéticas.