Os pesquisadores mediram pela primeira vez uma propriedade fundamental dos ímãs chamada polarização do magnon - e, no processo, estão progredindo na construção de dispositivos de baixo consumo de energia.

A existência de polarização magnética tem sido uma ideia teórica na física por quase 100 anos, mas ninguém provou sua existência.

Cientistas da University of Leeds e da Tohoku University, no Japão, tentaram mostrar que ele existe medindo-o. Suas descobertas acabam de ser publicadas na revista Cartas de revisão física .

Os magnons são quase-partículas dentro de materiais magnéticos que estão em um processo contínuo de criação e destruição. Eles são polarizados, o que permite então ser distinguidos em sentido horário ou anti-horário (polarização circular), para cima ou para baixo - e para a esquerda ou direita (polarização linear).

Há um intenso interesse nas propriedades de polarização dos magnons porque os físicos acreditam que eles podem ser explorados para transportar informações em dispositivos elétricos de baixa energia, um campo de estudo chamado spintrônica.

Os cientistas tiveram como objetivo medir a polarização do magnon em um dos ímãs mais usados ​​na pesquisa de spintrônica, o composto de granada ítrio-ferro. Em muitos ímãs, apenas magnons no sentido anti-horário existem. Mas em granada de ítrio e ferro, magnons polarizados tanto no sentido anti-horário quanto no sentido horário foram previstos, tornando-o um material particularmente interessante para medir.

A equipe decidiu fazer essa medição usando espalhamento de nêutrons polarizados. Isso envolve a preparação de nêutrons em um estado de spin quântico específico ('para cima' ou 'para baixo') e dispará-los contra um ímã em um feixe focalizado.

No experimento, a maioria dos nêutrons passou direto pelo ímã, não interagindo de forma alguma - tornando as medições particularmente difíceis. Mas, um pequeno número de nêutrons colidiu com magnons e se espalhou para fora do ímã em todas as direções. Um detector mediu os nêutrons conforme eles voavam para fora da amostra. Ao analisar a localização, energia e estado final de spin dos nêutrons, as propriedades do magnon foram reveladas.

Crucialmente neste trabalho, comparando o estado de spin dos nêutrons antes e depois do espalhamento, a polarização no sentido horário ou anti-horário dos magnons foi determinada.

Dr. Joseph Barker, da Escola de Física e Astrônomo de Leeds, disse:"Em Física, as teorias permanecem como previsões até que as medições experimentais confirmem se estão corretas ou não. Um exemplo famoso é a busca pelo bóson de Higgs, mas existem muitas teorias não testadas nas ciências.

"A polarização magnética se tornou recentemente um tópico importante na spintrônica, então era o momento perfeito para tentar medi-la e verificar se ela existe."

Dr. Barker acrescentou:"Os experimentos e análises foram difíceis e complexos. Na verdade, demorou duas tentativas, uma vez nos Estados Unidos e depois na França, para aperfeiçoar o método experimental.

"Também tivemos que criar um modelo de computador preciso para garantir que entendêssemos o que estávamos vendo corretamente, porque as medições de espalhamento de nêutrons vêm de uma série de processos físicos que não podem ser desemaranhados em partes individuais."

Os pesquisadores agora podem concentrar seus estudos em como explorar a polarização dos magnons para fazer novos tipos de dispositivos spintrônicos para tecnologia de baixa energia.

A pesquisa foi financiada pela The Royal Society, Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência Grant-in-Aid para Pesquisa Científica, JST ERATO, Programa GP-Spin da Universidade Tohoku, Departamento de Energia dos EUA e Programa Cooperativo EUA-Japão sobre espalhamento de nêutrons.