p Grafeno, uma estrutura em favo de mel bidimensional feita de átomos de carbono com espessura de apenas um átomo, tem inúmeras propriedades excelentes. Isso inclui enorme resistência mecânica e extraordinárias propriedades eletrônicas e ópticas. No ano passado, uma equipe liderada pelo pesquisador da Empa Roman Fasel conseguiu mostrar que ele pode até ser magnético:conseguiram sintetizar uma molécula em forma de gravata borboleta, que tem propriedades magnéticas especiais. p Agora, pesquisadores relatam outro avanço. O trabalho teórico de 2007 previu que o grafeno poderia exibir comportamento magnético se fosse cortado em pequenos triângulos. Nos últimos três anos, várias equipes, incluindo a equipe Empa, conseguiram produzir os chamados triangulenos, consistindo em apenas algumas dezenas de átomos de carbono, por síntese química sob ultra-alto vácuo.

p No caminho do magnetismo com o microscópio de tunelamento de varredura

p Contudo, seu magnetismo permanecera desconhecido até agora. Primeiro, a presença de giros desemparelhados, que tornam os triangulenos magnéticos em primeiro lugar, também os tornam extremamente reativos. Em segundo lugar, mesmo com moléculas estáveis, é extremamente difícil provar o magnetismo de uma peça tão minúscula de matéria. Mas agora um grupo internacional de cientistas da Empa, a Universidade Técnica de Dresden, a Universidade de Alicante e o Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia em Portugal conseguiram fazê-lo.

p A descoberta foi possível graças a uma ferramenta poderosa para investigar a matéria em nível atômico - o microscópio de tunelamento de varredura (STM). O STM torna possível conduzir correntes elétricas através de átomos individuais ou nanoestruturas depositados em um substrato condutor. Até aqui, Contudo, triangulenos individuais forneceram apenas evidências indiretas de sua natureza magnética.

p Triângulo duplo com emaranhamento quântico

p Agora, Contudo, os pesquisadores examinaram moléculas nas quais dois triangulenos são unidos por uma única ligação carbono-carbono (os chamados dímeros de trianguleno). Essas estruturas forneceram evidências diretas da natureza magnética dos triangulenos. Isso ocorre porque a teoria diz o seguinte:se dois triangulenos são unidos, não apenas seu magnetismo é preservado; seus momentos magnéticos também devem formar um estado de "emaranhamento quântico". Isso significa que os spins - os minúsculos momentos magnéticos - de seus elétrons desemparelhados devem apontar em direções opostas. Este estado é conhecido como estado antiferromagnético (ou spin-0).

p Além disso, a teoria também previu que deveria ser possível excitar os dímeros de trianguleno a um estado em que seus spins não estivessem mais perfeitamente alinhados (estado de spin-1). A energia necessária para causar esta excitação, a chamada troca de energia, reflete a força com a qual os spins dos dois triangulenos nos dímeros estão ligados no estado antiferromagnético. E, de fato, em seus experimentos, os pesquisadores descobriram que o dímero de trianguleno pode ser excitado para o estado de spin 1 ao injetar elétrons com uma energia de 14 meV.

p Materiais magnéticos orgânicos para spintrônica

p Os cientistas também sintetizaram um segundo dímero de trianguleno no qual as unidades de trianguleno não estavam diretamente conectadas por uma ligação simples carbono-carbono, mas por um "espaçador", um anel de carbono hexagonal. Os pesquisadores esperavam que esse elemento de conexão maior entre as unidades de trianguleno reduzisse significativamente a troca de energia. E isso é exatamente o que os experimentos mostraram:a energia de troca era agora de apenas 2 meV - 85% menos do que com os triangulenos diretamente conectados.

p Esses resultados são relevantes não apenas porque fornecem evidências diretas para o tão esperado magnetismo em triangulenos, mas também porque mostram como esses notáveis ​​nanosistemas podem ser combinados para formar estruturas maiores com estados magnéticos quânticos emaranhados. No futuro, esses novos (e puramente orgânicos) materiais magnéticos não poderiam ser usados ​​apenas em tecnologias como o processamento de informações baseado em spin, que prometem computadores mais rápidos com menor consumo de energia, ou em tecnologias quânticas; mas também podem fornecer um terreno fértil para o estudo de fenômenos físicos exóticos.