{"id":26613,"date":"2025-05-08T17:07:52","date_gmt":"2025-05-08T20:07:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=26613"},"modified":"2025-05-08T17:10:44","modified_gmt":"2025-05-08T20:10:44","slug":"pesquisa-realizada-por-pesquisadores-do-cbpf-ajuda-a-fortalecer-a-spintronica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/pesquisa-realizada-por-pesquisadores-do-cbpf-ajuda-a-fortalecer-a-spintronica\/","title":{"rendered":"Pesquisa realizada por pesquisadores do CBPF ajuda a fortalecer a spintr\u00f4nica"},"content":{"rendered":"\n

Computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, entrela\u00e7amento qu\u00e2ntico, superposi\u00e7\u00e3o. Isso tudo vem com frequ\u00eancia \u00e0 mente quando se pensa em Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica, especialmente neste ano no qual a Organiza\u00e7\u00e3o das Na\u00e7\u00f5es Unidas para a Educa\u00e7\u00e3o, Ci\u00eancia e Cultura (UNESCO) e as Na\u00e7\u00f5es Unidas (ONU) proclamaram 2025 como o Ano Internacional da Ci\u00eancia e Tecnologia Qu\u00e2nticas (IYQ 2025). Mas os avan\u00e7os nos estudos que foram consolidados em 1925 que marcaram definitivamente a f\u00edsica qu\u00e2ntica proporcionaram a grande revolu\u00e7\u00e3o que vivemos hoje, presente em todos os aparelhos eletr\u00f4nicos que usados no dia-a-dia, como computadores, celulares, entre outros.<\/p>\n\n\n\n

O futuro ser\u00e1 moldado pelos fen\u00f4menos qu\u00e2nticos do entrela\u00e7amento e da superposi\u00e7\u00e3o. Mas, enquanto isso n\u00e3o ocorre, os aparelhos eletr\u00f4nicos que usamos hoje, tamb\u00e9m est\u00e3o em evolu\u00e7\u00e3o na chamada spintr\u00f4nica, uma \u00e1rea da f\u00edsica e da tecnologia que explora n\u00e3o s\u00f3 a carga el\u00e9trica dos el\u00e9trons (como na eletr\u00f4nica tradicional), mas tamb\u00e9m o spin: uma propriedade qu\u00e2ntica relacionada ao magnetismo. Um grupo de cientistas brasileiros publicou, em 30 de mar\u00e7o, na revista Nature Communications o artigo Disentangling edge and bulk spin-to-charge interconversion in MoS2 monolayer flakes<\/a>, que representa um grande avan\u00e7o dessa tecnologia.<\/p>\n\n\n\n

A ess\u00eancia da eletr\u00f4nica est\u00e1 nas correntes el\u00e9tricas, ou seja, no movimento de el\u00e9trons atrav\u00e9s de circuitos. Contudo, essa mesma corrente \u00e9 tamb\u00e9m um dos grandes vil\u00f5es da eletr\u00f4nica atual, pois o fluxo de el\u00e9trons nos materiais gera aquecimento, o conhecido efeito Joule. Para se ter uma ideia, apenas no universo da computa\u00e7\u00e3o em nuvem, os datacenters ao redor do mundo j\u00e1 consomem cerca de 1% de toda a energia el\u00e9trica utilizada globalmente. E olha que isso pode ser ainda pior, com os avan\u00e7os e populariza\u00e7\u00e3o da intelig\u00eancia Artificial (IA). Portanto, \u00e9 premente a mudan\u00e7a do paradigma da maneira de como processamos informa\u00e7\u00e3o. Mas o que tem a ver o el\u00e9tron com a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica?<\/p>\n\n\n\n

A busca de se conhecer a intimidade da mat\u00e9ria direcionou a humanidade para estudos que, por exemplo, teorizaram sobre a exist\u00eancia dessa part\u00edcula de carga negativa que se comporta de forma qu\u00e2ntica em seus giros, voltas ou suas m\u00e1gicas apari\u00e7\u00f5es \u201cdo nada\u201d em sua dan\u00e7a com o \u00e1tomo. A pergunta sobre o que \u00e9 realmente o el\u00e9tron, ali\u00e1s, continua em aberto.<\/p>\n\n\n\n

O professor M\u00e1rio Schenberg (1914-1990) dizia a seus alunos na Universidade de S\u00e3o Paulo (USP), inclusive, que era preciso \u201camar o el\u00e9tron\u201d, segundo o f\u00edsico Ademir Santana, da Universidade de Bras\u00edlia (UnB), em reportagem publicada no Boletim SBF<\/a>. A ideia era instigar a curiosidade e o interesse pelo m\u00e9todo cient\u00edfico, que n\u00e3o \u00e9 um veredito final sobre o que vemos ao olhar o mundo, mas sim uma busca constante por respostas. \u201cCom a abordagem baseada na metodologia cient\u00edfica n\u00e3o \u00e9 poss\u00edvel dizer em definitivo o que \u00e9 o el\u00e9tron, mas podemos ir em sua dire\u00e7\u00e3o com o m\u00e9todo que temos, sem ambiguidade. Isso \u00e9 um dos significados da fala do Professor Schenberg sobre o el\u00e9tron\u201d, explica Santana.<\/p>\n\n\n\n

Ap\u00f3s essa part\u00edcula ser identificada em 1897 por J. J. Thomson, d\u00e9cadas depois, surgiu uma hip\u00f3tese ainda mais curiosa: a de que o el\u00e9tron teria um momento angular intr\u00ednseco, ou seja, ele gira sobre si mesmo enquanto corteja o \u00e1tomo, um fen\u00f4meno chamado \u201cspin\u201d. Essa ideia nasceu exatamente em 1925, no contexto das grandes descobertas da f\u00edsica qu\u00e2ntica, um conceito proposto por dois f\u00edsicos holandeses: George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit. Leia mais detalhes em \u201cUma breve hist\u00f3ria do mundo dos quanta<\/a>\u201d, texto de \u00c9rica Polycarpo e Marta F. Barroso do CEDERJ.<\/p>\n\n\n\n

De l\u00e1 para c\u00e1, a F\u00edsica avan\u00e7ou a ponto de n\u00e3o apenas detectar esse comportamento qu\u00e2ntico, mas tamb\u00e9m manipul\u00e1-lo. \u201cPodemos dizer que o \u00edm\u00e3 mais fundamental que a gente conhece \u00e9 o el\u00e9tron, porque seu spin faz dele um tipo de um pequeno \u00edm\u00e3. E a forma como esse \u00edm\u00e3 se organiza e como ele se propaga no material \u00e9 poss\u00edvel de ser manipulada\u201d, explica o professor Fl\u00e1vio Garcia, do Centro Brasileiro de Pesquisas F\u00edsicas (CBPF), que assina o artigo publicado na Nature Communications junto a outros colegas do centro, como o cientista Luiz Sampaio.<\/p>\n\n\n\n

Ao manipular adequadamente o spin do el\u00e9tron cria-se uma \u201ccorrente de spin\u201d. Esta nova corrente, que n\u00e3o mais \u201cel\u00e9trica\u201d, mas sim \u201cmagn\u00e9tica\u201d, \u00e9 o fen\u00f4meno chave por tr\u00e1s da spintr\u00f4nica. As \u201ccorrentes de spin\u201d t\u00eam como grande vantagem o fato de n\u00e3o ser necess\u00e1rio existir qualquer movimento dos el\u00e9trons atrav\u00e9s de circuitos, como \u00e9 na eletr\u00f4nica atual. Com isso, eliminar\u00edamos o indesejado efeito Joule.<\/p>\n\n\n\n

O trabalho nasceu h\u00e1 sete anos e foi o tema da tese de doutorado no CBPF de Rodrigo Torr\u00e3o Victor, h\u00e1 um ano est\u00e1 fazendo p\u00f3s-doutorado na Fran\u00e7a, no Laboratoire Albert Fert (Universit\u00e9 Paris-Saclay\/Centre national de la recherche scientifique – CNRS\/Thales). Rodrigo assina o paper, com a participa\u00e7\u00e3o de Syed Hamza Safeer (CBPF), John F. R. Marroquin (UnB), Jorlandio F. Felix (UnB), M\u00e1rcio Costa (Universidade Federal Fluminense \u2013 UFF) e Victor Carozo (PUC-Rio).  <\/p>\n\n\n\n

Os f\u00edsicos j\u00e1 sabiam que essa corrente de spin pode ser convertida em corrente de carga, contudo, os mecanismos microsc\u00f3pios envolvidos neste processo s\u00e3o motivos de intensos debates na comunidade de spintr\u00f4nica. A grande inova\u00e7\u00e3o desta equipe de pesquisadores foi demonstrar, por meio de experimentos e modelagem te\u00f3rica, todos realizados em laborat\u00f3rios brasileiros, a possibilidade de manipular com alta precis\u00e3o a corrente de spin e convert\u00ea-la em corrente de carga, simplesmente ao iluminar com luz violeta flocos triangulares de monocamadas de dissulfeto de molibd\u00eanio (MoS\u2082), um material bidimensional pertencente \u00e0 fam\u00edlia dos dicalcogenetos de metais de transi\u00e7\u00e3o (TMDs).<\/p>\n\n\n\n

H\u00e1 sete anos, ainda durante o mestrado de Rodrigo no CBPF, iniciou-se o processo de sintetizar camadas de granadas de \u00edtrio ferro (YIG), um material magn\u00e9tico e isolante, a ponto de apresentar as propriedades magn\u00e9ticas necess\u00e1rias ao experimento. Logo ap\u00f3s, o cientista come\u00e7ou a pensar em outros materiais para acoplar essa granada de ferro e it\u00edrio, a fim de estudar como gerar e manipular essas correntes de spin. \u201cCome\u00e7amos a estudar uma combina\u00e7\u00e3o de materiais\u201d, diz Rodrigo. Por sua vez, Hamza Safeer fez crescer o MoS\u2082 em um processo no qual o material fica disposto em formato triangular. \u201cE nessa inten\u00e7\u00e3o de estudar esses dois materiais acoplados (YIG e MoS\u2082), a gente come\u00e7ou a colabora\u00e7\u00e3o, tanto com o Victor, da PUC-Rio, quanto com o Jorlandio, da UnB, e seus respectivos alunos, para crescer esses materiais bidimensionais sobre a granada\u201d, explica Rodrigo. Para completar o trabalho, Marcio Costa elaborou as modelagens te\u00f3rica do experimento. Por fim, o estudo investigou heteroestruturas compostas por uma camada YIG em contato com os flocos de triangulares de MoS\u2082.<\/p>\n\n\n\n

O formato de MoS\u2082 em triangulo foi interessante ao estudo, explica Fl\u00e1vio Garcia, pois seu interior apresenta propriedades eletr\u00f4nicas distintas em compara\u00e7\u00e3o com suas bordas. \u201cAs extremidades do tri\u00e2ngulo s\u00e3o enxofre com uma organiza\u00e7\u00e3o espec\u00edfica, o que no jarg\u00e3o a gente chama de termina\u00e7\u00e3o tipo \u2018zig-zag\u2019. Isso confere ao material uma propriedade muito interessante. Normalmente, ele \u00e9 um semicondutor. S\u00f3 que se voc\u00ea pensa no tri\u00e2ngulo, nas bordas do tri\u00e2ngulo, ele tem um car\u00e1ter condutor, ele tem um car\u00e1ter met\u00e1lico. Ele funciona como um fio, como um fio condutor\u201d, diz Garcia.<\/p>\n\n\n

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Spin pumping (\u03b1SP<\/sub><\/em>) dependence as a function of the: (a) total edge length (PTotal<\/sub><\/em>), (b) total MoS2<\/sub>\u00a0area (ATotal<\/sub><\/em>), and (e) total MoS2<\/sub>\u00a0area divided by the total perimeter (ATotal<\/sub><\/em>\/PTotal<\/sub><\/em>). The normalization on the (e) x-axis is based on the fact that the metallic edge states are proportional to the perimeter multiplied by the width of the metallic edge states, resulting in an adimensional unit. The highlighted samples S1 to S4 were selected for studying the light influence in the SP. Illustrations of the YIG\/MoS2<\/sub>\u00a0heterostructures with small (red region) and larger flakes (blue region) are shown in (c) and (d), respectively. Representative scanning electron microscopy of MoS2<\/sub>\u00a0flakes with small\u00a0ATotal<\/sub><\/em>\/PTotal<\/sub><\/em>\u00a0ratio is shown in (f) with a scale bar of 2\u2009\u00b5<\/em>m and with higher\u00a0ATotal<\/sub><\/em>\/PTotal<\/sub><\/em>\u00a0ratio in (g) with a scale bar of 100\u2009\u00b5<\/em>m.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Utilizando a t\u00e9cnica de bombeamento de spin, os pesquisadores analisaram a contribui\u00e7\u00e3o de cada uma dessas fases, a met\u00e1lica, relacionada \u00e0s bordas dos tri\u00e2ngulos, e a semicondutora relacionada aos seus centros, no processo de transfer\u00eancia de momento angular entre a camada de YIG e os tri\u00e2ngulos de MoS2<\/sub> e como a propor\u00e7\u00e3o de cada uma import\u00e2ncia de cada uma dessas fases pode ser modulada com a luz. Essa transfer\u00eancia gera uma corrente de spin, que pode ser posteriormente convertida em corrente el\u00e9trica, que \u00e9 base para aplica\u00e7\u00f5es em dispositivos optoeletr\u00f4nicos de baixo consumo energ\u00e9tico. \u201cUma das coisas que a gente tem que destacar nesse trabalho \u00e9 a proximidade com a possibilidade da utiliza\u00e7\u00e3o do que foi obtido nessa pesquisa para aplica\u00e7\u00e3o j\u00e1 pr\u00f3xima em dispositivos, em celulares, em computadores e de fato gerar alguma altera\u00e7\u00e3o no que a gente tem de tecnologia\u201d, explica Rodrigo.<\/p>\n\n\n\n

\u201cA grande descoberta do nosso trabalho, na minha opini\u00e3o, foi a gente conseguir separar as contribui\u00e7\u00f5es e o porqu\u00ea existe esse efeito spintr\u00f4nico tanto na fase semicondutor como na fase met\u00e1lica, e fazer um ajuste fino de como ajustar a contribui\u00e7\u00e3o semicondutora e a contribui\u00e7\u00e3o met\u00e1lica usando luz\u201d, explica Garcia. Por meio de um comprimento de onda bem espec\u00edfico e modulando a intensidade dessa luz, \u201ca gente consegue modular essas duas contribui\u00e7\u00f5es\u201d. \u201cModulando essas duas contribui\u00e7\u00f5es, a gente consegue aumentar o efeito spintr\u00f4nico observado, aumentando-o, diminuindo, e at\u00e9 mesmo zerando esse efeito. Esse foi todo o achado deste paper.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Concorda com Garcia, Luiz Sampaio, que desenvolve no CBPF \u201cpesquisa em mat\u00e9ria condensada experimental e te\u00f3rica com \u00eanfase no estudo de propriedades de transporte el\u00e9trico e t\u00e9rmico dependente de spin, e de propriedades magn\u00e9ticas e magneto-\u00f3pticas em filmes finos, sistemas bidimensionais e nanoestruturados\u201d, e integra o INCT de Spintr\u00f4nica. \u201cDiferentemente de muitos trabalhos feitos em sistemas bidimensionais, neste nosso paper a gente mostrou que a borda, no caso dos tri\u00e2ngulos, tem um papel superimportante para o efeito final que \u00e9 observado. Isso trouxe um novo olhar para os sistemas bidimensionais\u201d, afirma o cientista. E que esse novo olhar, assim como as cores das luzes da natureza, possa contribuir com seus brilhos n\u00e3o s\u00f3 para otimizar a atual eletr\u00f4nica, mas espalhar o conhecimento cient\u00edfico nos laborat\u00f3rios no Brasil e no exterior.<\/p>\n\n\n\n

Assista a entrevista na \u00edntegra<\/h2>\n\n\n\n
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