O magnetismo guia os átomos individuais
Potencial de movimento atómico controlado em nanotecnologia e armazenamento de dados
Normalmente, os átomos individuais movem-se nas superfícies de forma bastante aleatória - influenciados principalmente pela simetria da superfície. Este processo, conhecido como "difusão", desempenha um papel central na produção de semicondutores, em catalisadores ou na construção de nanoestruturas. Há muito que os investigadores suspeitam que o magnetismo pode também influenciar o movimento de átomos individuais. Os cientistas da Universidade de Kiel (CAU) e da Universidade de Hamburgo conseguiram agora demonstrá-lo experimentalmente pela primeira vez: Numa superfície magnética, os átomos podem ser orientados numa direção específica. Os resultados foram publicados na revista "Nature Communications".
Movimento direcionado em vez de aleatório
A equipa conseguiu provar este facto utilizando um microscópio de varrimento por tunelização. A temperaturas próximas do zero absoluto (quatro Kelvin), colocaram átomos individuais, como o cobalto, o ródio e o irídio, numa camada de manganês com exatamente uma camada atómica de espessura, previamente depositada por vapor numa superfície de rénio. Esta estrutura cria uma superfície magneticamente ordenada e particularmente bem definida, na qual as propriedades magnéticas das filas individuais de átomos são conhecidas com exatidão.
Embora esta camada tenha uma estrutura hexagonal simétrica, os átomos nela presentes não se movem aleatoriamente numa das seis direcções possíveis após um curto impulso de corrente, mas sempre ao longo de filas magnéticas - mesmo que os próprios átomos não sejam magnéticos, como no caso do ródio ou do irídio.
A mecânica quântica fornece a explicação
"Estes movimentos foram anteriormente previstos teoricamente, mas nunca provados experimentalmente", diz o Professor Stefan Heinze do Instituto de Física Teórica e Astrofísica da Universidade de Kiel. Juntamente com o seu colega, o Dr. Soumyajyoti Haldar, efectuou cálculos de mecânica quântica nos supercomputadores da National Supercomputing Alliance (NHR), em Berlim, para explicar o fenómeno.
As suas simulações mostram que: É energeticamente mais fácil para os átomos moverem-se ao longo das filas magnéticas do que através delas. A razão para tal reside numa interação magnética entre o átomo e os átomos da superfície: ambos podem ser imaginados como pequenas barras magnéticas. Nos átomos de elementos magnéticos como o cobalto, esta interação é causada pelo seu próprio momento magnético. No caso dos átomos de elementos não magnéticos, como o ródio ou o irídio, um pequeno momento magnético é apenas causado pela interação com a superfície e influencia a direção do movimento. Assim, os átomos preferem mover-se ao longo das linhas magnéticas da superfície. Até agora, os investigadores partiam do princípio de que o magnetismo não desempenhava qualquer papel no movimento dos átomos individuais - esta suposição foi agora refutada pelos novos resultados.
"As propriedades magnéticas de uma superfície podem influenciar a mobilidade dos átomos individuais", afirma Soumyajyoti Haldar. "Isto abre novas possibilidades para controlar especificamente os movimentos atómicos - para aplicações em nanotecnologia, armazenamento de dados ou desenvolvimento de novos materiais, por exemplo."
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