Uma equipe de pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, o Instituto Walther-Meissner da Academia de Ciências e Humanidades da Baviera, e a Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia em Trondheim descobriu um método interessante para controlar o spin transportado por excitações de ondas de spin quantizadas em isoladores antiferromagnéticos.

As partículas elementares carregam um momento angular intrínseco conhecido como spin. Para um elétron, o spin pode assumir apenas dois valores particulares em relação a um eixo de quantização, deixando-nos denotá-los como elétrons de spin up e spin down. Esse valor intrínseco de dois valores do spin do elétron está no cerne de muitos efeitos fascinantes da física.

Na tecnologia da informação de hoje, o spin de um elétron e o momento magnético associado são explorados em aplicações de armazenamento de informação e leitura de mídia magnética, como discos rígidos e fitas magnéticas.

Antiferroímãs:futuras estrelas no armazenamento de dados magnéticos?

Ambos, a mídia de armazenamento e os sensores de leitura utilizam materiais ordenados ferromagneticamente, onde todos os momentos magnéticos se alinham paralelamente. Contudo, os momentos podem orientar de uma forma mais complexa. Em antiferromagnetos, o antagonista de um ferromagneto, momentos vizinhos se alinham de forma antiparalela. Embora esses sistemas pareçam "não magnéticos" de fora, eles têm atraído ampla atenção, pois prometem robustez contra campos magnéticos externos e controle mais rápido. Assim, eles são considerados os novos garotos do bloco para aplicações em armazenamento magnético e computação não convencional.

Uma questão importante neste contexto é, se e como a informação pode ser transportada e detectada em antiferromagnetos. Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, o Instituto Walther-Meissner e a Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia em Trondheim estudaram o isolador antiferromagnético hematita a esse respeito.

Neste sistema, portadores de carga estão ausentes e, portanto, é um ambiente de teste particularmente interessante para a investigação de novas aplicações, onde se visa evitar a dissipação por uma resistência elétrica finita. Os cientistas descobriram um novo efeito exclusivo para o transporte de excitações antiferromagnéticas, o que abre novas possibilidades para o processamento de informações com antiferromagnetos.

Liberando o pseudospin em antiferromagnetos

Dr. Matthias Althammer, o pesquisador líder do projeto descreve o efeito da seguinte forma:"Na fase antiferromagnética, spins vizinhos são alinhados de forma antiparalela. Contudo, existem excitações quantizadas chamadas magnons. Esses carregam informações codificadas em seu spin e podem se propagar no sistema. Devido às duas espécies de spin acopladas ao antiparalelo no antiferroímã, a excitação é de natureza complexa, Contudo, suas propriedades podem ser lançadas em um giro eficaz, um pseudospin. Poderíamos demonstrar experimentalmente que podemos manipular essa pseudospin, e sua propagação com um campo magnético. "

Dr. Akashdeep Kamra, o teórico principal da NTNU em Trondheim acrescenta que "este mapeamento das excitações de um antiferromagneto em um pseudospin permite uma compreensão e uma abordagem poderosa que tem sido a base crucial para o tratamento de fenômenos de transporte em sistemas eletrônicos. Em nosso caso, isso nos permite descrever a dinâmica do sistema de uma maneira muito mais fácil, mas ainda mantém uma descrição quantitativa completa do sistema. Mais importante, os experimentos fornecem uma prova de conceito para o pseudospin, um conceito que está intimamente relacionado à mecânica quântica fundamental. "

Liberando todo o potencial dos magnons antiferromagnéticos

Esta primeira demonstração experimental da dinâmica do magnon pseudospin em um isolador antiferromagnético não só confirma as conjecturas teóricas sobre o transporte do magnon em antiferromagnetos, mas também fornece uma plataforma experimental para expandir rumo a fenômenos inspirados na eletrônica rica.

"Podemos ser capazes de realizar coisas novas e fascinantes, como o análogo do magnon de um isolante topológico em materiais antiferromagnéticos", aponta Rudolf Gross, diretor do Walther-Meissner-Institute, Professor de Física Técnica (E23) na Universidade Técnica de Munique e co-palestrante do cluster de excelência do Centro de Ciência e Tecnologia Quântica de Munique (MCQST). "Nosso trabalho oferece uma perspectiva empolgante para aplicações quânticas baseadas em magnons em antiferromagnetos"