Eletricidade e magnetismo estão intimamente relacionados:linhas de energia geram um campo magnético, ímãs rotativos em um gerador produzem eletricidade. Contudo, o fenômeno é muito mais complicado:as propriedades elétricas e magnéticas de certos materiais também estão acopladas entre si. As propriedades elétricas de alguns cristais podem ser influenciadas por campos magnéticos - e vice-versa. Neste caso, fala-se de um "efeito magnetoelétrico". Ele desempenha um importante papel tecnológico, por exemplo, em certos tipos de sensores ou na busca de novos conceitos de armazenamento de dados.

Um material especial foi investigado para o qual, à primeira vista, nenhum efeito magnetoelétrico seria esperado. Mas experimentos cuidadosos mostraram agora que o efeito pode ser observado neste material, só funciona de maneira completamente diferente do normal. Ele pode ser controlado de uma forma altamente sensível:Mesmo pequenas mudanças na direção do campo magnético podem mudar as propriedades elétricas do material para um estado completamente diferente.

Simetria controla o acoplamento

"Se as propriedades elétricas e magnéticas de um cristal são acopladas ou não depende da simetria interna do cristal, "diz o Prof. Andrei Pimenov do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien." Se o cristal tem um alto grau de simetria, por exemplo, se um lado do cristal é exatamente a imagem espelhada do outro lado, então, por razões teóricas, não pode haver efeito magnetoelétrico. "

Isso se aplica ao cristal, que agora foi examinado em detalhes, um chamado langasita feito de lantânio, gálio, silício e oxigênio, dopado com átomos de hólmio. "A estrutura do cristal é tão simétrica que não deveria permitir nenhum efeito magnetoelétrico. E, no caso de campos magnéticos fracos, não há nenhum acoplamento com as propriedades elétricas do cristal, "diz Andrei Pimenov." Mas se aumentarmos a força do campo magnético, algo notável acontece:os átomos de hólmio mudam seu estado quântico e ganham um momento magnético. Isso quebra a simetria interna do cristal. "

Do ponto de vista puramente geométrico, o cristal ainda é simétrico, mas o magnetismo dos átomos também deve ser levado em consideração, e é isso que quebra a simetria. Portanto, a polarização elétrica do cristal pode ser alterada com um campo magnético. "Polarização é quando as cargas positivas e negativas no cristal são deslocadas um pouco, com respeito um ao outro, "explica Pimenov." Isso seria fácil de conseguir com um campo elétrico, mas devido ao efeito magnetoelétrico, isso também é possível usando um campo magnético. "

Não é a força, é a direção

Quanto mais forte for o campo magnético, mais forte será seu efeito na polarização elétrica. "A relação entre a polarização e a força do campo magnético é aproximadamente linear, o que não é nada incomum, "diz Andrei Pimenov." O que é notável, Contudo, é que a relação entre a polarização e a direção do campo magnético é fortemente não linear. Se você mudar a direção do campo magnético um pouco, a polarização pode tombar completamente. Esta é uma nova forma de efeito magnetoelétrico, que não era conhecido antes. "Portanto, uma pequena rotação pode decidir se o campo magnético pode alterar a polarização elétrica do cristal ou não.

Possibilidade de novas tecnologias de armazenamento

“O efeito magnetoelétrico terá um papel cada vez mais importante para diversas aplicações tecnológicas, "diz Andrei Pimenov." Em uma próxima etapa, vamos tentar mudar as propriedades magnéticas com um campo elétrico em vez de mudar as propriedades elétricas com um campo magnético. Em princípio, isso deve ser possível exatamente da mesma maneira. "

Se tiver sucesso, seria uma nova maneira promissora de armazenar dados em sólidos. "Em memórias magnéticas, como discos rígidos de computador, campos magnéticos são necessários hoje, "Pimenov explica." Eles são gerados com bobinas magnéticas, que requer uma quantidade relativamente grande de energia e tempo. Se houvesse uma maneira direta de alternar as propriedades magnéticas de uma memória de estado sólido com um campo elétrico, isso seria um grande avanço. "