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A seta indica rotações Mn3 + de YMnO3 hexagonal e o feixe vermelho indica pulsos de luz de femtossegundos. Crédito: Tokyo Tech
Pesquisadores de todo o mundo estão constantemente procurando maneiras de aprimorar ou transcender as capacidades dos dispositivos eletrônicos, que parecem estar atingindo seus limites teóricos. Sem dúvida, uma das vantagens mais importantes da tecnologia eletrônica é sua velocidade, que, embora alta, ainda pode ser superada por ordens de magnitude por meio de outras abordagens que ainda não estão disponíveis comercialmente.
Uma maneira possível de superar a eletrônica tradicional é através do uso de materiais antiferromagnéticos (AFM). Os elétrons dos materiais AFM se alinham espontaneamente de tal maneira que a magnetização geral do material é praticamente zero. De fato, a ordem de um material AFM pode ser quantificada no que é conhecido como 'parâmetro de ordem'. Estudos recentes mostraram até que o parâmetro de ordem do AFM pode ser 'alternado' (isto é, alterado de um valor conhecido para outro, muito rápido) usando correntes de luz ou elétricas , o que significa que os materiais do AFM podem se tornar os blocos de construção de futuros dispositivos eletrônicos .
No entanto, a dinâmica do processo de troca de pedidos não é compreendida, pois é muito difícil medir as alterações no parâmetro de pedidos do AFM em tempo real com alta resolução. As abordagens atuais dependem da medição de apenas alguns fenômenos durante a troca de ordem do AFM e a tentativa de obter uma imagem completa a partir daí, o que provou não ser confiável para a compreensão detalhada de outros fenômenos mais complexos. Portanto, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Takuya Satoh, da Tokyo Tech, e pesquisadores da ETH Zurich, desenvolveu um método para medir minuciosamente as mudanças na ordem AFM de um cristal YMnO 3 induzido por excitação óptica (ou seja, usando um laser).
A combinação da rotação de Faraday e a geração de segundo harmônico obtiveram a trajetória de uma precessão de rotação coerente induzida opticamente. O SHG resolvido no tempo é uma ferramenta valiosa para o estudo da dinâmica de rotação antiferromagnética, fornecendo informações complementares inacessíveis por outras técnicas. Crédito: Tokyo Tech
O principal problema abordado pelos pesquisadores foi a suposta "impossibilidade prática" de discernir entre a dinâmica eletrônica e as mudanças na ordem AFM em tempo real, ambas induzidas simultaneamente quando o material é excitado para provocar a troca de parâmetros de ordem e ao fazer medições. Eles empregaram um método de medição baseado em luz chamado 'geração de segundo harmônico', cujo valor de saída está diretamente relacionado ao parâmetro de ordem AFM, e o combinaram com medições de outro fenômeno baseado em luz chamado efeito Faraday. Esse efeito ocorre quando um certo tipo de luz ou laser é irradiado em materiais encomendados magneticamente; no caso de YMnO 3, esse efeito altera seu parâmetro de ordem do AFM de maneira previsível e bem compreendida. Isso foi fundamental para a abordagem deles, para que pudessem separar a origem e a natureza de vários fenômenos quânticos simultâneos que afetaram as medidas de ambos os métodos de maneira diferente.
Combinando esses dois métodos de medição diferentes, os pesquisadores conseguiram caracterizar completamente as alterações no parâmetro de pedido do AFM em tempo real com resolução ultra-rápida. "A abordagem geral proposta nos permite acessar a dinâmica dos parâmetros dos pedidos em escalas de tempo inferiores a um bilionésimo de segundo", afirma o professor Satoh. A abordagem apresentada é crucial para entender melhor o funcionamento interno dos materiais antiferromagnéticos. "O rastreamento preciso e completo das variações no parâmetro de ordem é indispensável para entender a dinâmica complexa que ocorre durante a comutação ultra-rápida e outros fenômenos relacionados ao AFM", explica o Prof. Satoh.
Mais informações: Rastreando o movimento ultra-rápido de um parâmetro de ordem antiferromagnético, Nature Communications , DOI: 10.1038 / s41467-019-11961-9
Fonte: Physic.Org / pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio
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Hélio R.M. Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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