Enormes esforços estão sendo feitos em todo o mundo em um campo tecnológico que pode ultrapassar em muito as capacidades da eletrônica convencional:a Spintrônica. Em vez de operar com base no movimento coletivo de partículas carregadas (elétrons), dispositivos spintrônicos podem realizar armazenamento de memória e transmissão de dados manipulando spin, uma propriedade intrínseca das partículas elementares relacionadas ao momento angular e da qual surgem muitas características magnéticas nos materiais. Infelizmente, controlar o giro provou ser um empreendimento desafiador, levando físicos e engenheiros a procurar materiais e técnicas eficientes para fazê-lo.

A respeito disso, materiais antiferromagnéticos (AFMs) são bons candidatos para spintrônica porque são resistentes a campos magnéticos externos e permitem a comutação de valores de spin em escalas de tempo de picossegundos. Uma estratégia promissora para manipular a orientação do spin em AFMs é usar um laser óptico para criar pulsos de campo magnético de vida extremamente curta, um fenômeno conhecido como efeito Faraday inverso (IFE). Embora o IFE em AFMs gere dois tipos muito distintos de torque (força rotacional) em sua magnetização, agora parece que o mais importante dos dois foi, de alguma forma, negligenciado na pesquisa.

Em um estudo recente publicado em Nature Communications , um trio de cientistas, incluindo o professor Takuya Satoh da Tokyo Tech, Japão, investigou profundamente esta questão. A dinâmica de rotação em AFMs é descrita por uma soma de dois termos:torque semelhante a campo e torque semelhante a amortecimento. O último, como a palavra 'amortecimento' implica, está relacionado à degradação gradual (ou extinção) das oscilações de spin desencadeadas pelos pulsos ópticos no material.

Até agora, os cientistas estudaram o torque semelhante a amortecimento apenas a partir da perspectiva do relaxamento do spin após a excitação, acreditando que sua amplitude seja pequena durante o processo de excitação de spin ultracurto. Neste estudo, Contudo, O professor Satoh e seus colegas descobriram que era, em alguns casos, o principal jogador em termos de reorientação do spin devido ao IFE. Por meio de análises teóricas e verificação experimental em YMnO3 e HoMnO3, eles esclareceram as condições sob as quais o efeito de amortecimento se torna o mecanismo de excitação de spin dominante.

Uma interpretação simplificada dos resultados pode ser a seguinte. Imagine um pêndulo suspenso (direção da magnetização) oscilando em arcos amplos, desenhando uma elipse muito pronunciada. O torque do tipo amortecimento produz uma grande perturbação instantânea na direção do pequeno diâmetro, 'avisando' e fazendo com que se incline como um pião que está prestes a cair. "A magnetização relacionada ao amortecimento, de outra forma pequena, causa uma grande inclinação de rotação devido à extrema elipticidade inerente aos AFMs, "explica o Prof Satoh." Considerando que é possível ajustar a força do amortecimento selecionando estrategicamente os íons no AFM, podemos ter encontrado uma maneira de ajustar as propriedades do material para aplicações spintrônicas específicas, " ele adiciona.

O trio de cientistas também testou como a dinâmica do spin é influenciada pela temperatura, que afeta e até destrói a ordem antiferromagnética além de certos limites. Ao colocar os materiais perto dos pontos de transição críticos, eles conseguiram produzir um efeito mais pronunciado do torque do tipo amortecimento. Animado com os resultados, O Prof Satoh comenta:"Nossos resultados indicam que torques gerados opticamente podem fornecer a ferramenta há muito procurada, permitindo a realização eficiente de comutação de rotação ultrarrápida em AFMs."

Embora muito mais pesquisas sejam certamente necessárias antes que a spintrônica aplicada se torne uma realidade, descobrir mecanismos eficientes para manipulação de spin está obviamente entre os primeiros passos. Este estudo prova que tais mecanismos podem estar ocultos em fenômenos que conhecemos e negligenciamos!