segunda-feira, 24 de novembro de 2014

Descoberta nova conexão entre eletricidade e magnetismo

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A revista inovação Tecnológica de 21/11/2014 trouxe mais um avanço na pesquisa sobre o  eletro-magnetismo, a magnetoeletricidade.

Bombeamento de carga
Uma equipe internacional de pesquisadores 
descobriu um novo elo entre o magnetismo e a 
eletricidade que pode ter aplicações em eletrônica.
Eles demonstraram que é possível gerar uma 
corrente elétrica em um material magnético 
simplesmente rotacionando sua magnetização.
O fenômeno, chamado "bombeamento de carga",
 produz uma corrente alternada de alta frequência.
A magnitude da eletricidade gerada e a dependência de um campo magnético externo permitirão o uso do fenômeno para detectar informações armazenadas magneticamente. [Imagem: Chiara Ciccarelli et al. - 10.1038/nnano.2014.252]
A geração e a modulação de correntes de alta 
frequência são elementos centrais nos aparelhos de 
comunicações via rádio, como telefones celulares, 
redes Wi-Fi, Bluetooth, e também estão sendo 
incluídas nos radares desenvolvidos para os carros 
O novo comportamento é um espelho 
da magnetoeletricidade, descoberta em 2010, na 
qual as propriedades magnéticas de um material 
podem ser controladas por um campo elétrico 
externo.
Spintrônica
Segundo a equipe, a magnitude da eletricidade 
gerada e a dependência de um campo magnético 
externo permitirão o uso do fenômeno para detectar 
informações armazenadas magneticamente.
O fenômeno poderá ser útil na transferência e
 manipulação de dados na spintrônica, uma 
tecnologia que armazena e processa dados usando o
 spin de elétrons individuais como bits.
A spintrônica vem sendo explorada no 
armazenamento de dados desde a descoberta 
"O fenômeno é um resultado de uma ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo," diz o professor Arne Brataas. [Imagem: Cortesia Arne Brataas/Gemini]
Ligação direta entre a eletricidade e o
 magnetismo
Já se sabe há algum tempo que rotacionar a 
magnetização em um material magnético pode gerar
 correntes de spin puras em condutores colocados 
juntos ao magneto - correntes de spin puras são
 correntes em direções opostas formadas por 
elétrons com spins para cima e para baixo, 
respectivamente.
Entretanto, não é possível detectar essas correntes 
de spin com um voltímetro comum porque elas são 
canceladas pelo fluxo de carga associado - a 
corrente comum de cargas elétricas - seguindo na 
mesma direção.
Por isso é necessário um elemento adicional, como 
um outro ímã ou uma forte interação spin-órbita, o 
que gera um efeito Hall de spin.
O que a equipe descobriu agora é que, em uma 
classe especial de materiais ferromagnéticos, a 
conversão spin-carga ocorre dentro do mesmo 
material, eliminando a necessidade do elemento 
secundário e viabilizando o aproveitamento prático
 do fenômeno.
Em termos simples, o material ferromagnético 
funciona como gerador de corrente alternada 
induzida pela rotação da magnetização - em termos 
menos simples, o material converte diretamente a 
corrente de spin em corrente de carga por meio da 
interação spin-órbita.
"O fenômeno é um resultado de uma ligação direta 
entre a eletricidade e o magnetismo. Ele abre a 
possibilidade de técnicas de detecção em nanoescala
 de informações magnéticas e a geração de 
correntes alternadas de frequências muito altas," 
disse Arne Brataas, da Universidade Norueguesa de 
Ciência e Tecnologia.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=conexao-entre-eletricidade-magnetismo&id=010110141121&ebol=sim#.VHMZN9LF8l8
Assuntos Correlatos:
Em 19/12/2013 a mesma revista trouxe o artigo :

Eletromagnon: o elo que faltava entre o "eletro" e o "magnetismo"

Eletricidade e magnetismo são duas faces da mesma
 moeda - toda a tecnologia atual, incluindo a 
eletrônica, é baseada na interação entre a matéria e
 o eletromagnetismo.
Ondas no espaço livre, como a luz ou a radiação de 
um telefone celular, sempre consistem tanto de um 
componente magnético quanto de um componente 
elétrico.
Na ciência dos materiais, contudo, efeitos elétricos e
 magnéticos têm sido geralmente estudados 
separadamente - há materiais com ordenamento 
magnético, que reagem a campos magnéticos, e há 
materiais com ordenação elétrica, que podem ser 
influenciados por campos elétricos.
Só recentemente um material multiferroico permitiu controlar o magnetismo usando eletricidade a temperatura ambiente pela primeira vez.[Imagem: Ruhr Universitat]
Um ímã tem um campo magnético, mas nele não há 
campo elétrico. Um cristal piezoelétrico, por outro 
lado, pode gerar um campo elétrico, mas não um 
campo magnético. Ter os dois ao mesmo tempo 
parecia impossível.
"Normalmente, os dois efeitos são criados de 
maneiras muito diferentes. O ordenamento 
magnético surge quando os elétrons alinham seus 
momentos magnéticos, e a ordenação elétrica vem 
quando cargas positivas e negativas movimentam-se
 umas em relação às outras," explica o professor 
Andrei Pimenov, da Universidade de Tecnologia de 
Viena, na Áustria.
Eletromagnons
Contudo, em 2006, Pimenov encontrou indícios de 
excitações que pareciam ser baseadas 
simultaneamente nas ordenações elétrica e 
magnética.
Essas excitações, que ele batizou de 
"eletromagnons", ficaram meio no limbo, sendo 
contestadas por muitos outros cientistas.
Agora Pimenov finalmente conseguiu demonstrar 
seus eletromagnons na prática e de forma 
indiscutível.
Para isso, ele ligou e desligou os eletromagnons 
usando apenas um campo elétrico, em um material 
especial feito de disprósio, manganês e oxigênio 
(DyMnO3).
Este foi o complexo aparato desenvolvido por Pimenov para demonstrar que suas suspeitas iniciais estavam corretas. [Imagem: TUWien]
Magnetoelétricos
Cada elétron tem uma orientação magnética que é 
ligeiramente distorcida em relação à dos elétrons 
adjacentes - por conseguinte, os elétrons criam 
espirais de momentos magnéticos.
Essa espiral magnética tem duas orientações 
possíveis - no sentido horário ou anti-horário - e, 
surpreendentemente, um campo elétrico externo
 pode fazê-la alternar entre essas duas 
possibilidades.
Nesses materiais magnetoelétricos, as cargas e os 
momentos magnéticos dos átomos estão 
conectados. E no óxido de manganês e disprósio 
essa ligação é particularmente forte: "Quando os 
momentos magnéticos oscilam, as cargas elétricas 
se movem muito," disse Pimenov.
Nesse material, os momentos magnéticos e as 
cargas elétricas tomam parte simultaneamente na 
excitação, e, por conseguinte, os dois podem ser 
influenciados por um campo externo único.
Pimenov afirma haver muitas ideias para futuras 
aplicações dos eletromagnons: onde quer que seja 
desejável combinar as vantagens dos efeitos 
magnéticos e elétricos, os novos materiais 
magnetoelétricos poderão ser usados no futuro.
Isto inclui novos tipos de amplificadores, 
transistores ou dispositivos de armazenamento de 
dados, além de sensores altamente sensíveis.
E mais tempo atrás  ainda, precisamente na edição 
de 23/03/2005, um dos primeiros temas neste 
assunto com o título;

Descoberto novo fenômeno físico: o Efeito Spin-Hall

Famíla Hall de efeitos
Duas equipes internacionais de cientistas, 
trabalhando em separado, anunciaram 
simultaneamente a descoberta de um novo 
fenômeno físico, detectado em uma camada 
condutiva ultra-fina incorporada no interior de um 
chip.
O novo efeito foi batizado de Efeito Spin-Hall, ou 
efeito Hall de spin.
A descoberta inclui um novo membro naquela que é
 uma das mais respeitadas famílias de fenômenos 
nafísica e na microeletrônica - a família dos efeitos 
Hall.
O Efeito Spin-Hall enriquece a família fornecendo uma forma sem precedentes para a magnetização de semicondutores por meio de uma tensão elétrica. [Imagem: Wunderlich et al.]
Os três irmãos mais velhos (Efeitos Hall Ordinário, 
Anômalo e Quântico) são os responsáveis por todo o
 entendimento fundamental que a ciência adquiriu 
sobre os metais e os semicondutores.
Esses efeitos são utilizados em um sem-número de
 equipamentos, para a detecção de campos 
magnéticos, magnetização interna em condutores ou
 como padrão de resistência elétrica.
Efeito Hall de spin
O Efeito Spin-Hall enriquece a família fornecendo 
uma forma sem precedentes para a magnetização de
 semicondutores por meio de uma tensão elétrica.
 Isso dá um impulso e expande o horizonte da 
tecnologia conhecida como spintrônica, que há 
alguns anos atrás revolucionou a indústria das 
memórias de computadores, que até então só 
utilizava metais magnetizados de forma natural.
O Efeito Spin-Hall foi inicialmente previsto em 1971.
 Então, elétrons em movimento, levando consigo um
 minúsculo magneto chamado "spin", colidiu com 
impurezas e essas colisões geraram magnetizações 
opostas nas extremidades do condutor. Apesar das
 possibilidades intrigantes, a teoria caiu na 
obscuridade até 1999, quando foi redescoberta e 
voltou a ter atenção dos cientistas.
Agora, duas equipes independentes, uma ligada à 
empresa japonesa Hitachi, e outra formada por 
cientistas da Universidade Santa Bárbara, Estados 
Unidos, propuseram um novo mecanismo, chamado
 Efeito Spin-Hall Intrínseco, que consegue efetuar a 
magnetização sem a necessidade de colisões.
Camada condutiva
Os cientistas Jörg Wunderlich e Bernd Kaestner, do 
laboratório da Hitachi na Inglaterra, desenvolveram 
um novo tipo de equipamento para medir a 
magnetização em cada um dos lados de uma 
camada condutiva ultra-fina, inserida no interior de 
um chip semicondutor, utilizando diodos emissores 
de luz (LED).
Como eles utilizaram um design especial em 
camadas, os resultados de suas medições foram 
cerca de 10 vezes maiores do que as efetuadas pela
equipe da Universidade de Santa Bárbara, que 
utilizou semicondutores convencionais.
A pesquisa foi publicada no último exemplar da 
Fontes:

J.A.
Postado por às

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