Se você alternar um pouco na memória de um computador e depois alterná-lo novamente, você restaurou o estado original. Existem apenas dois estados que podem ser chamados de "0 e 1".
No entanto, um efeito surpreendente foi descoberto agora em TU Wien (Viena):em um cristal baseado em óxidos de gadolínio e manganês, foi encontrado um interruptor atômico que deve ser trocado não apenas uma vez, mas duas vezes, até que o original estado é atingido novamente. Durante este duplo processo de ligar e desligar, o spin dos átomos de gadolínio realiza uma rotação completa. Isso lembra um virabrequim, no qual um movimento para cima e para baixo é convertido em um movimento circular.

Este novo fenômeno abre possibilidades interessantes na física dos materiais. Mesmo as informações podem ser armazenadas com esses sistemas. O estranho interruptor atômico foi agora apresentado na revista científica Nature .

Acoplamento de propriedades elétricas e magnéticas

Normalmente, é feita uma distinção entre as propriedades elétricas e magnéticas dos materiais. As propriedades elétricas são baseadas no fato de que os portadores de carga se movem – por exemplo, elétrons que viajam através de um metal ou íons cuja posição é deslocada.

As propriedades magnéticas, por outro lado, estão intimamente relacionadas ao giro dos átomos – o momento angular intrínseco da partícula, que pode apontar em uma direção muito específica, assim como o eixo de rotação da Terra aponta em uma direção muito específica.

No entanto, também existem materiais em que os fenômenos elétricos e magnéticos estão intimamente ligados. O Prof. Andrei Pimenov e sua equipe do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien estão pesquisando esses materiais. "Expusemos um material especial feito de gadolínio, manganês e oxigênio a um campo magnético e medimos como sua polarização elétrica mudou no processo", diz Andrei Pimenov. "Queríamos analisar como as propriedades elétricas do material podem ser alteradas pelo magnetismo. E surpreendentemente, encontramos um comportamento completamente imprevisto."

Voltar ao início em quatro etapas

No início, o material é eletricamente polarizado – de um lado está carregado positivamente, do outro lado está carregado negativamente. Então você liga um campo magnético forte – e a polarização muda muito pouco. No entanto, se você desligar o campo magnético novamente, uma mudança dramática se torna aparente:de repente a polarização se inverte:o lado que estava carregado positivamente antes está agora carregado negativamente e vice-versa.

Agora você pode passar pelo mesmo processo uma segunda vez:novamente, você liga o campo magnético e a polarização elétrica permanece aproximadamente constante. Se você desligar o campo magnético, a polarização se inverte novamente e, assim, retorna ao seu estado original.

"Isso é extremamente notável", diz Andrei Pimenov. "Realizamos quatro etapas diferentes, cada vez que o material muda suas propriedades internas, mas apenas duas vezes a polarização muda, então você atinge o estado inicial somente após a quarta etapa."

Motor de quatro tempos para gadolínio

Um olhar mais atento mostra que os átomos de gadolínio são responsáveis ​​por esse comportamento:eles mudam sua direção de rotação em cada uma das quatro etapas, cada vez em 90 graus. "De certa forma, é um motor de quatro tempos para átomos", diz Andrei Pimenov. "Em um motor de quatro tempos, também, são necessários quatro passos para voltar ao estado inicial - e o cilindro se move para cima e para baixo duas vezes no processo. No nosso caso, o campo magnético se move para cima e para baixo duas vezes antes do estado inicial é restaurado e o spin dos átomos de gadolínio aponta na direção original novamente."

Teoricamente, esses materiais poderiam ser usados ​​para armazenar informações:um sistema com quatro estados possíveis teria uma capacidade de armazenamento de dois bits por switch, em vez do usual bit de informação para "0" ou "1". Mas o efeito também é particularmente interessante para a tecnologia de sensores:por exemplo, pode-se produzir um contador de pulsos magnéticos dessa maneira. O efeito fornece novos insumos importantes para a pesquisa teórica:é outro exemplo do chamado "efeito topológico", uma classe de efeitos materiais que vem atraindo muita atenção na física do estado sólido há anos e deve permitir o desenvolvimento de novos materiais. + Explorar mais

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