Quando você torna os fios condutores mais finos, sua resistência elétrica aumenta. Esta é a lei de Ohm, e geralmente está correta. Uma exceção importante é em temperaturas muito baixas, onde a mobilidade dos elétrons aumenta quando os fios se tornam tão finos que são efetivamente bidimensionais. Agora, físicos da Universidade de Groningen, juntamente com colegas da Universidade de Brest, observaram que algo semelhante acontece com a condutividade dos magnons, ondas de spin que viajam através de isoladores magnéticos, como uma onda através de um estádio. O aumento da condutividade foi espetacular e ocorreu à temperatura ambiente. Esta observação foi publicada em Nature Materials em 22 de setembro.
Os elétrons têm um momento magnético, chamado spin, que tem um valor de "para cima" ou "para baixo". É possível acumular um tipo de spin enviando uma corrente através de um metal pesado, como a platina. Quando esses spins carregados pelos elétrons encontram o isolante magnético YIG (granada de ferro ítrio), os elétrons não podem passar. No entanto, na interface com YIG, a excitação do spin é transmitida:os magnons (que também podem transportar spin) são excitados. Essas ondas de spin passam pelo isolante magnético como uma onda em um estádio:nenhum dos elétrons (os "espectadores") se move de seu lugar, mas mesmo assim eles passam a excitação do spin. No eletrodo detector acontece o processo inverso:os magnons fazem spins eletrônicos, que então produzem uma tensão elétrica que pode ser medida, explica Bart van Wees, professor de Física Aplicada da Universidade de Groningen e especialista em áreas como a spintrônica.

Motivado pelo aumento da mobilidade eletrônica em materiais 2D, seu grupo decidiu testar o transporte de magnon em filmes YIG ultrafinos (nanômetros). "Esses filmes não são estritamente materiais 2D, mas quando são finos o suficiente, os magnons só podem se mover em duas dimensões", explica Van Wees. As medições, realizadas por Ph.D. estudante Xiangyang Wei, produziu um resultado surpreendente:a condutividade do spin aumentou três ordens de magnitude, em comparação com o material YIG a granel.

Efeitos dramáticos

Os cientistas não usam termos como "gigante" de ânimo leve, mas, neste caso, foi totalmente garantido, diz Van Wees. "Fizemos o material 100 vezes mais fino, e a condutividade do magnon aumentou 1.000 vezes. E isso não aconteceu em baixas temperaturas, como é necessário para alta mobilidade de elétrons em condutores 2D, mas em temperatura ambiente." Este resultado foi inesperado e, até agora, inexplicável. Van Wees:"Em nosso artigo, damos uma explicação teórica provisória que se baseia na transição do transporte de magnon 3D para 2D. Mas isso não pode explicar completamente os efeitos dramáticos que observamos."

Então, o que poderia ser feito com essa condução de magnon gigante? "Nós não entendemos isso", diz Van Wees. "Portanto, nossas reivindicações atuais são limitadas. Isso está permitindo pesquisas que podem apontar o caminho para alguma física nova ainda não descoberta. A longo prazo, isso também pode produzir novos dispositivos". O primeiro autor Xiangyang Wei acrescenta:"Como não há transporte de elétrons envolvido, as ondas magnon não produzem dissipação de calor convencional. E a produção de calor é um grande problema em dispositivos eletrônicos cada vez menores".

Supercondutividade

E como os magnons são bósons (ou seja, eles têm valores quânticos de spin inteiros), pode ser possível criar um estado coerente comparável a um condensado de Bose-Einstein. Van Wees:"Isso pode até produzir supercondutividade de spin." Tudo isso é para o futuro. Por enquanto, a condutância do magnon gigante em YIG está bem documentada. "As medições são claras. Estamos ansiosos por uma boa colaboração de físicos teóricos e experimentalistas." + Explorar mais

Transistor de onda de spin prático um passo mais perto