p Como se fossem bolhas se expandindo em uma garrafa de champanhe recém-aberta, minúsculas regiões circulares de magnetismo podem ser aumentadas rapidamente para fornecer um método preciso de medição das propriedades magnéticas das nanopartículas. p A tecnica, descoberto por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colaboradores, fornece uma compreensão mais profunda do comportamento magnético das nanopartículas. Como o método é rápido, econômica e não requer condições especiais - as medições podem ocorrer à temperatura ambiente e sob pressão atmosférica, ou mesmo em líquidos - fornece aos fabricantes uma maneira prática de medir e melhorar seu controle das propriedades das nanopartículas magnéticas para uma série de aplicações médicas e ambientais.

p Nanopartículas magnéticas podem servir como atuadores minúsculos, empurrando e puxando magneticamente outros pequenos objetos. Contando com esta propriedade, os cientistas empregaram as nanopartículas para limpar derramamentos de produtos químicos e montar e operar sistemas nanorrobóticos. As nanopartículas magnéticas têm até potencial para tratar o câncer - a reversão rápida do campo magnético das nanopartículas injetadas em um tumor gera calor suficiente para matar as células cancerosas.

p Nanopartículas magnéticas individuais geram campos magnéticos como os pólos norte e sul de ímãs em barra familiares. Esses campos criam bolhas magnéticas - círculos planos com diâmetros iniciais inferiores a 100 nanômetros (bilionésimos de metro) - na superfície de um filme magneticamente sensível desenvolvido no NIST. As bolhas circundam o polo das nanopartículas que aponta na direção oposta ao campo magnético do filme. Embora codifiquem informações sobre a orientação magnética das nanopartículas, as pequenas bolhas não são detectadas facilmente com um microscópio óptico.

p Contudo, como bolhas de champanhe, as bolhas magnéticas podem ser expandidas até centenas de vezes seu diâmetro inicial. Ao aplicar um pequeno campo magnético externo, a equipe aumentou o diâmetro das bolhas para dezenas de micrômetros (milionésimos de metro) - grande o suficiente para ser visto com um microscópio óptico. O sinal mais brilhante das bolhas aumentadas revelou rapidamente a orientação magnética das nanopartículas individuais.

p Depois de determinar a orientação magnética inicial das nanopartículas, os pesquisadores usaram as bolhas ampliadas para rastrear as mudanças nessa orientação à medida que aplicaram um campo magnético externo. O registro da força do campo externo necessária para inverter os pólos magnéticos norte e sul das nanopartículas revelou a magnitude do campo coercitivo, uma medida fundamental da estabilidade magnética das nanopartículas. Esta importante propriedade tinha sido um desafio para medir para nanopartículas individuais.

p Samuel M. Stavis do NIST e Andrew L. Balk, que conduziu a maior parte de suas pesquisas no Laboratório Nacional de Los Alamos e no NIST, junto com colegas do NIST e da Universidade Johns Hopkins, descreveu suas descobertas em uma edição recente da Revisão Física Aplicada .

p A equipe examinou dois tipos de nanopartículas magnéticas - partículas em forma de bastão feitas de liga de níquel-ferro e aglomerados de partículas de formato irregular feitos de óxido de ferro. O campo magnético aplicado que expandiu as bolhas desempenha um papel semelhante ao da pressão em uma garrafa de champanhe, Balk disse. Sob alta pressão, quando a garrafa de champanhe é fechada, as bolhas são essencialmente inexistentes, assim como as bolhas magnéticas no filme são muito pequenas para serem detectadas por um microscópio óptico quando nenhum campo magnético externo é aplicado. Quando a rolha é estourada e a pressão baixa, as bolhas de champanhe se expandem, assim como o campo magnético externo ampliou as bolhas magnéticas.

p Cada bolha magnética revela a orientação do campo magnético de uma nanopartícula no instante em que a bolha se formou. Para estudar como a orientação variava com o tempo, os pesquisadores geraram milhares de novas bolhas a cada segundo. Desta maneira, os pesquisadores mediram as mudanças na orientação magnética das nanopartículas no momento em que ocorreram.

p Para aumentar a sensibilidade da técnica, os pesquisadores ajustaram as propriedades magnéticas do filme. Em particular, a equipe ajustou a interação Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), um fenômeno da mecânica quântica que impõe uma torção nas bolhas do filme. Essa torção reduziu a energia necessária para formar uma bolha, fornecendo a alta sensibilidade necessária para medir o campo das menores partículas magnéticas no estudo.

p Outros métodos para medir nanopartículas magnéticas, que requerem resfriamento com nitrogênio líquido, trabalhando em uma câmara de vácuo, ou medindo o campo em apenas um único local, não permitem uma determinação tão rápida de campos magnéticos em nanoescala. Com a nova técnica, a equipe fotografou rapidamente os campos magnéticos das partículas em uma grande área em temperatura ambiente. A melhora na velocidade, conveniência e flexibilidade permitem novos experimentos nos quais os pesquisadores podem monitorar o comportamento de nanopartículas magnéticas em tempo real, como durante a montagem e operação de microssistemas magnéticos com muitas peças.

p O estudo é o exemplo mais recente de um esforço contínuo do NIST para fazer dispositivos que melhoram as capacidades de medição de microscópios ópticos, um instrumento disponível na maioria dos laboratórios, disse Stavis. Isso permite a medição rápida das propriedades de nanopartículas individuais para a pesquisa fundamental e para a fabricação de nanopartículas, ele adicionou. p Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.