{"id":26800,"date":"2025-05-23T14:27:28","date_gmt":"2025-05-23T17:27:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=26800"},"modified":"2025-05-23T14:27:29","modified_gmt":"2025-05-23T17:27:29","slug":"pesquisa-da-ufpe-faz-renascer-o-uso-do-spin-nuclear-na-spintronica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/pesquisa-da-ufpe-faz-renascer-o-uso-do-spin-nuclear-na-spintronica\/","title":{"rendered":"Pesquisa da UFPE faz renascer o uso do spin nuclear na spintr\u00f4nica"},"content":{"rendered":"\n

Uma nova pesquisa publicada na Physical Review Letters (PRL) no dia 9 de abril contribuiu para o emergente campo da spintr\u00f4nica nuclear, unindo dois mundos que at\u00e9 ent\u00e3o permaneciam distantes: as excita\u00e7\u00f5es coletivas de spin nuclear e os mecanismos eletr\u00f4nicos de transporte de spin. \u00c9 o que sugere o estudo Giant Nuclear-Electronic Spin Pumping in the Heisenberg Antiferromagnet RbMnF3<\/a> publicado no dia 9 de abril. O estudo tem participa\u00e7\u00e3o do f\u00edsico Jos\u00e9 Di\u00eago Marques de Lima, do Departamento de F\u00edsica da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), e demonstra pela primeira vez um bombeamento de spin nuclear-eletr\u00f4nico de intensidade gigante em um cristal antiferromagn\u00e9tico do tipo Heisenberg. O trabalho contou com a colabora\u00e7\u00e3o dos f\u00edsicos Daniel Souto Maior, Edycleyson Souza, Danilo Ratkovski e dos professores Fernando Machado, Roberto Rodr\u00edguez-Su\u00e1rez e Sergio Rezende.<\/p>\n\n\n\n

O fen\u00f4meno foi observado no material RbMnF\u2083, conhecido por seu comportamento antiferromagn\u00e9tico em temperaturas muito baixas. O efeito \u00e9 provocado pela aplica\u00e7\u00e3o de radiofrequ\u00eancia, que excita simultaneamente os spins nucleares e eletr\u00f4nicos do sistema. Esse tipo de excita\u00e7\u00e3o cruzada era considerado raro e pouco explorado, mas os resultados obtidos mostram que, sob determinadas condi\u00e7\u00f5es, ela pode produzir sinais de bombeamento de spin quase 100 vezes mais intensos do que os observados anteriormente em materiais como MnCO\u2083, tradicionalmente usados nesse tipo de investiga\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

Segundo o f\u00edsico de Lima, rec\u00e9m-doutor pela UFPE e primeiro autor do estudo, o spin \u00e9 uma propriedade qu\u00e2ntica fundamental que est\u00e1 presente tanto nos el\u00e9trons quanto nos n\u00facleos at\u00f4micos. No caso dos el\u00e9trons, o spin representa um tipo de momento magn\u00e9tico intr\u00ednseco \u2014 n\u00e3o \u00e9 uma rota\u00e7\u00e3o real, mas uma caracter\u00edstica qu\u00e2ntica que os torna semelhantes a min\u00fasculos \u00edm\u00e3s. J\u00e1 o spin nuclear \u00e9 resultado da soma dos spins dos pr\u00f3tons e n\u00eautrons que comp\u00f5em o n\u00facleo, tamb\u00e9m gerando um momento magn\u00e9tico. Esses dois tipos de spin \u2014 nuclear e eletr\u00f4nico \u2014 podem interagir por meio do chamado acoplamento hiperfino, criando condi\u00e7\u00f5es para fen\u00f4menos como o bombeamento de spin observado no experimento.<\/p>\n\n\n

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Da esquerda para a direita Edycleyson Souza, Sergio Rezende e Jos\u00e9 Di\u00eago M. de Lima.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

O material que protagoniza essa descoberta \u00e9 o trifluoreto de rub\u00eddio e mangan\u00eas (RbMnF\u2083), um antiferromagneto de Heisenberg caracterizado por uma anisotropia cristalina extremamente baixa. Essa propriedade facilita a magnetiza\u00e7\u00e3o do sistema em qualquer dire\u00e7\u00e3o, tornando-o ideal para o estudo da intera\u00e7\u00e3o entre spins nucleares e eletr\u00f4nicos.<\/p>\n\n\n\n

Segundo de Lima, \u201cesse material tem uma anisotropia t\u00e3o baixa que pode ser considerado como um prot\u00f3tipo de um antiferromagneto de Heisenberg, um sistema no qual apenas as intera\u00e7\u00f5es de troca entre os spins adjacentes s\u00e3o relevantes.\u201d Essa caracter\u00edstica permite que a intera\u00e7\u00e3o hiperfina \u2013 a liga\u00e7\u00e3o entre o spin nuclear e o spin eletr\u00f4nico \u2013 seja especialmente intensa.<\/p>\n\n\n\n

\u00c9 justamente essa for\u00e7a de acoplamento que viabilizou a observa\u00e7\u00e3o do efeito de bombeamento de spin nuclear-eletr\u00f4nico com intensidade in\u00e9dita. Em experimentos anteriores, como os realizados com MnCO\u2083, os sinais el\u00e9tricos gerados a partir do bombeamento de spin eram da ordem de nanovolts (10\u207b\u2079 volts). No caso do RbMnF\u2083, o grupo da UFPE observou sinais de microvolts (10\u207b\u2076 volts), \u201cduas a tr\u00eas ordens de grandeza maiores\u201d, destaca de Lima, gra\u00e7as \u00e0 robusta intera\u00e7\u00e3o hiperfina do novo material.<\/p>\n\n\n\n

O experimento foi conduzido inteiramente no Departamento de F\u00edsica da UFPE, em Recife, utilizando um criostato operando com h\u00e9lio l\u00edquido em ciclo fechado. As medi\u00e7\u00f5es foram realizadas a temperaturas muito baixas, em torno de 10 kelvin \u2013 o equivalente a cerca de -263 \u00b0C. \u201cTrabalhamos com h\u00e9lio l\u00edquido, que chega a 4,2 kelvin. Isso est\u00e1 muito pr\u00f3ximo do zero absoluto, onde praticamente n\u00e3o h\u00e1 movimento t\u00e9rmico. Congelar os movimentos das part\u00edculas permite que esse efeito nuclear fique mais evidente\u201d, explica o pesquisador.<\/p>\n\n\n\n

A montagem experimental consistiu em clivar pequenos \u201ctijolinhos\u201d do cristal monocristalino de RbMnF\u2083, crescido pelo m\u00e9todo de Czochralski, e depositar sobre eles um filme de platina com espessura de apenas 5 nan\u00f4metros, utilizando a t\u00e9cnica de magnetron sputtering. Essa platina funciona como detector: ao aplicar radiofrequ\u00eancia no cristal \u2014 entre 200 e 700 MHz \u2014, os pesquisadores excitaram os spins nucleares, que por sua vez influenciaram os spins eletr\u00f4nicos, gerando uma corrente de spins eletr\u00f4nicos. Essa corrente de spin foi ent\u00e3o convertida em uma corrente de carga pelo efeito Hall de spin inverso, sendo medida diretamente com um nanovolt\u00edmetro. \u201cFoi uma excita\u00e7\u00e3o no n\u00facleo que resultou numa corrente de carga convencional. Um efeito mensur\u00e1vel a partir de um fen\u00f4meno qu\u00e2ntico\u201d, resume Lima.<\/p>\n\n\n\n

O fen\u00f4meno observado n\u00e3o apenas resgata o interesse cient\u00edfico por ondas de spin nuclear \u2014 que tiveram seu auge entre as d\u00e9cadas de 1970 e 1980 \u2014 como tamb\u00e9m o insere em um novo contexto de aplica\u00e7\u00f5es emergentes. \u201cUma aplica\u00e7\u00e3o direta seria a gera\u00e7\u00e3o de corrente de spin para criar dispositivos voltados \u00e0 informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, como os qubits. Em materiais isolantes como o RbMnF\u2083, as correntes puras de spin n\u00e3o produzem calor, diferentemente da eletr\u00f4nica convencional. Isso abre caminho para dispositivos mais eficientes e sustent\u00e1veis\u201d, afirma o f\u00edsico.<\/p>\n\n\n\n

Ainda que as temperaturas envolvidas sejam extremamente baixas, como as usadas na computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, o avan\u00e7o representa um passo promissor rumo a dispositivos spintr\u00f4nicos que operem com maior efici\u00eancia energ\u00e9tica. A capacidade de manipular correntes de spin sem transporte de carga el\u00e9trica pode mitigar as perdas por efeito Joule, tornando a tecnologia n\u00e3o apenas mais eficaz, mas tamb\u00e9m ecologicamente mais vi\u00e1vel.<\/p>\n\n\n\n

Curiosamente, enquanto essas medi\u00e7\u00f5es delicadas ocorriam em um ambiente rigorosamente controlado, o mesmo laborat\u00f3rio se transformava em set de filmagem para \u201cO Agente Secreto\u201d, novo filme de Kleber Mendon\u00e7a Filho com atua\u00e7\u00e3o do ator Wagner Moura. \u201cInterrompemos as medi\u00e7\u00f5es por alguns dias para a grava\u00e7\u00e3o do filme\u201d, conta de Lima. A coincid\u00eancia entre uma descoberta de fronteira na f\u00edsica da mat\u00e9ria condensada e o olhar cr\u00edtico de Mendon\u00e7a Filho sobre os mecanismos de controle e vigil\u00e2ncia na sociedade \u00e9 apenas isso: uma coincid\u00eancia. Mas a imagem de um laborat\u00f3rio onde part\u00edculas at\u00f4micas e c\u00e2meras de cinema investigam seus pr\u00f3prios \u201cagentes secretos\u201d n\u00e3o deixa de ser simb\u00f3lica.<\/p>\n\n\n\n

Assim como no curta-metragem Recife Frio, de Kleber Mendon\u00e7a Filho, em que uma improv\u00e1vel mudan\u00e7a clim\u00e1tica atua como met\u00e1fora para transforma\u00e7\u00f5es sociais profundas, a redescoberta das ondas de spin nuclear evidencia um fen\u00f4meno sutil, invis\u00edvel \u00e0 observa\u00e7\u00e3o direta, mas fundamental para a compreens\u00e3o e o desenvolvimento de tecnologias futuras. Tal como o falso document\u00e1rio que adquire contornos surpreendentemente reais, as medi\u00e7\u00f5es realizadas em cristais de RbMnF\u2083 revelam uma ci\u00eancia que, mesmo em condi\u00e7\u00f5es extremas de temperatura, permanece ativa e vibrante, rompendo o aparente imobilismo e reabrindo caminhos cient\u00edficos que pareciam esquecidos.<\/p>\n\n\n\n

(Colaborou Roger Marzochi)<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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