Camadas ultrafinas de metais revelam uma mudança inédita no magnetismo e abrem as portas para novas tecnologias digitais
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Por Isabela Silva, Noemi Freitas e João Gabriel Freire
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Em abril de 2025, um grupo de cientistas brasileiros registrou um avanço significativo na física da matéria condensada, ramo que estuda sólidos e líquidos em nível atômico. Utilizando o Sirius, acelerador de partículas de quarta geração localizado em Campinas (SP), os pesquisadores observaram um comportamento magnético inédito em camadas ultrafinas dos metais platina (Pt), cobalto (Co) e gadolínio (Gd). O estudo, realizado na estação experimental Sabiá, foi o primeiro a gerar um artigo científico com dados obtidos nessa linha de luz e foi publicado na revista Communications Physics.
O trabalho investigou os chamados efeitos de proximidade magnética, isto é, a possibilidade de que um material com magnetismo ordenado, como o cobalto, possa induzir magnetismo em materiais que não apresentam esse comportamento naturalmente, como o gadolínio e a platina. “Queríamos saber se um material magnético como o cobalto poderia, por efeito de proximidade, induzir magnetismo em metais que normalmente não têm ordenamento magnético, como a platina e o gadolínio”, explica Jeovani Brandão, pesquisador do CNPEM e autor principal do estudo. “Trabalhamos com camadas tão finas que são cerca de 100 mil vezes menores que um fio de cabelo.”
Uma “bússola” invertida em escala atômica
O fenômeno do spin magnético, uma espécie de momento angular dos elétrons, pode ser imaginado como uma bússola microscópica. Em certos materiais, os spins se alinham e formam campos magnéticos. No experimento conduzido pelos pesquisadores, tanto a platina quanto o gadolínio foram magneticamente polarizados ao entrar em contato com o cobalto. Contudo, o gadolínio surpreendeu: na interface com o cobalto, seus spins estavam orientados em sentido oposto, mas essa direção se inverteu gradualmente até se alinhar com os do cobalto ao final da camada. Essa transição inédita foi batizada de “estado de spin invertido” (Flipped Spin State).
“Essa observação nos permitiu encontrar um estado de spin invertido ao longo da espessura do Gd, do qual o sentido do spin magnético muda de direção”, explica Brandão.
Técnica avançada e infraestrutura de ponta
Detectar esse comportamento sutil exigiu o uso da técnica de Dicroísmo Circular Magnético de Raios X (XMCD), que utiliza luz síncrotron para medir o magnetismo de forma elementar e localizada. Na prática, essa técnica observa como diferentes elementos químicos absorvem raios X polarizados, o que é um indicador da orientação dos spins.
A combinação do XMCD com um ímã supercondutor, operando em ultra-alto-vácuo, permitiu aos cientistas aplicar campos magnéticos intensos e variar a temperatura das amostras. “Só com essa infraestrutura conseguimos observar diferenças na amplitude dos sinais magnéticos e identificar o estado de spin invertido no gadolínio”, detalha Brandão.
Durante os testes, o campo magnético aplicado atingiu até 9 teslas, valor aproximadamente 180 mil vezes mais forte que o campo da Terra. A estabilidade do sinal do cobalto contrastou com a diminuição progressiva do sinal do gadolínio, evidenciando a complexidade da redistribuição dos spins.
Da ciência fundamental às tecnologias futuras
Embora o estudo se concentre em aspectos fundamentais da física, suas possíveis aplicações já se delineiam. O controle de estados de spin pode ter impacto direto na spintrônica, campo que utiliza o spin dos elétrons em vez da carga para armazenar informações, e na construção de dispositivos magnéticos mais compactos e eficientes.
“Com essa nova configuração de spins, é possível pensar em formas de aumentar a densidade de armazenamento em camadas muito finas, algo bastante desejável para tecnologias futuras”, afirma Brandão.
Ele complementa que a manipulação do estado de spin invertido pode representar uma nova variável para representar bits de informação, oferecendo alternativas inovadoras para arquiteturas computacionais mais densas e energeticamente eficientes.
Soberania científica e protagonismo nacional
A descoberta reafirma o papel do CNPEM e do Sirius como pilares da ciência brasileira de ponta. O Sirius permite aos cientistas investigar a matéria em nível atômico com precisão comparável à de centros internacionais de excelência.
“O Sirius está na fronteira do conhecimento científico e tecnológico. Ele fortalece a pesquisa nacional e permite que grandes descobertas sejam feitas aqui, por cientistas brasileiros, com impacto internacional”, conclui o pesquisador.
Segundo Brandão, o Brasil já é capaz de desenvolver ciência de fronteira. “Nosso foco inicial foi entender esse sistema do ponto de vista fundamental. Mas ele pode, sim, contribuir para o desenvolvimento de novas tecnologias.”
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Edição: Murilo Sacardi
Orientação: Prof. Artur Araújo
