Descoberta matemática cria versão magnética do grafeno
[Imagem: Bobby Kaman]
Unificação matemática
Físicos descobriram uma linguagem matemática unificando as propriedades eletrônicas e magnéticas dos materiais bidimensionais (2D), que sempre se presumiu serem fenômenos distintos.
A descoberta envolve materiais formados por uma única camada atômica, ou materiais de van der Waals, como grafeno, molibdenita e tantos outros, praticamente todos com grande potencial para aplicações tecnológicas.
Mais do que demonstrar que os aspectos elétrico e magnético obedecem às mesmas equações, os pesquisadores demonstraram como projetar sistemas magnéticos para que eles obedeçam às mesmas equações que regem a mobilidade dos elétrons no grafeno.
Em termos simplificados, isso significa que as “maravilhas” elétricas do grafeno poderão ter versões magnéticas criadas com outros materiais – lembre-se que o “magnético” na computação significa dados que não se perdem na ausência de energia, gasto menor de eletricidade etc.
“Não é nada óbvio que exista uma analogia entre a eletrônica 2D e os comportamentos magnéticos 2D, e ainda estamos impressionados com o quão bem essa analogia funciona,” disse Bobby Kaman, da Universidade de Illinois, nos EUA. “A eletrônica 2D é muito bem estudada graças à descoberta do grafeno, e agora mostramos que uma classe de materiais não tão estudada obedece à mesma física fundamental.”
[Imagem: Bobby Kaman et al. – 10.1103/t7tm-nxyl]
Projetando um material artificial
Kaman teve a ideia dessa unificação enquanto trabalhava com uma plataforma totalmente diferente, a dos metamateriais, materiais artificiais cujas propriedades dependem não de sua composição química, mas de sua estrutura.
Como os elétrons no grafeno e as magnetizações microscópicas podem apresentar comportamentos ondulatórios, o pesquisador se perguntou se seria possível projetar sistemas magnéticos que se comportem como os materiais monoatômicos. O aspecto magnético dos elétrons é conhecido como spin, e os spins podem se mover coletivamente, em ondas. E essas ondas se comportam como quasipartículas, chamadas mágnons. A novidade foi que o pesquisador encontrou uma conexão matemática entre as equações que descrevem os elétrons e aquelas que descrevem os mágnons – os materiais que apresentam essas quasipartículas são chamados de materiais magnônicos.
O pesquisador então projetou um metamaterial no qual momentos magnéticos microscópicos – spins artificiais, por assim dizer – são dispostos em uma película fina com orifícios distribuídos em um padrão hexagonal. Os orifícios foram projetados para imitar a geometria do grafeno.
Deu certo. Ao calcular as energias das perturbações magnéticas se propagando pelo material artificial – uma analogia das ondas de spin – o que se viu é que elas apresentam os mesmos comportamentos que os elétrons no grafeno.
[Imagem: Bobby Kaman et al. – 10.1103/t7tm-nxyl]
Miniaturização da tecnologia de micro-ondas
Na verdade, deu mais do que certo, porque o sistema artificial mostrou-se muito mais complexo do que a simples analogia que os pesquisadores estavam procurando.
De fato, o metamaterial apresentou nada menos do que nove bandas de energia distintas, o que permite a coexistência simultânea de mais comportamentos, ou propriedades. Por exemplo, as ondas de spin sem massa são análogas às ondas de elétrons do grafeno, mas a versão magnética também permite bandas de baixa dispersão correspondentes a estados localizados e até mesmo efeitos topológicos entre as bandas.
Esta descoberta abre importantes rotas para exploração prática, o que a equipe decidiu fazer começando pela criação de dispositivos para a tecnologia de micro-ondas, usada em redes sem fio e celulares, por exemplo.
Eletrônica
Descoberta matemática cria versão magnética do grafeno
Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/03/2026
Descoberta matemática permite criar versão magnética do grafeno
Ondas magnéticas em uma película fina com orifícios dispostos em um padrão hexagonal. Esse sistema apresenta os mesmos comportamentos que os elétrons no grafeno.
[Imagem: Bobby Kaman]
Unificação matemática
Físicos descobriram uma linguagem matemática unificando as propriedades eletrônicas e magnéticas dos materiais bidimensionais (2D), que sempre se presumiu serem fenômenos distintos.
A descoberta envolve materiais formados por uma única camada atômica, ou materiais de van der Waals, como grafeno, molibdenita e tantos outros, praticamente todos com grande potencial para aplicações tecnológicas.
Mais do que demonstrar que os aspectos elétrico e magnético obedecem às mesmas equações, os pesquisadores demonstraram como projetar sistemas magnéticos para que eles obedeçam às mesmas equações que regem a mobilidade dos elétrons no grafeno.
Em termos simplificados, isso significa que as “maravilhas” elétricas do grafeno poderão ter versões magnéticas criadas com outros materiais – lembre-se que o “magnético” na computação significa dados que não se perdem na ausência de energia, gasto menor de eletricidade etc.Energia renovável
“Não é nada óbvio que exista uma analogia entre a eletrônica 2D e os comportamentos magnéticos 2D, e ainda estamos impressionados com o quão bem essa analogia funciona,” disse Bobby Kaman, da Universidade de Illinois, nos EUA. “A eletrônica 2D é muito bem estudada graças à descoberta do grafeno, e agora mostramos que uma classe de materiais não tão estudada obedece à mesma física fundamental.”
Descoberta matemática permite criar versão magnética do grafeno
Estrutura do metamaterial, que pode ser construído em qualquer escala, projetado para reproduzir magneticamente o comportamento dos elétrons no grafeno.
[Imagem: Bobby Kaman et al. – 10.1103/t7tm-nxyl]
Projetando um material artificial
Kaman teve a ideia dessa unificação enquanto trabalhava com uma plataforma totalmente diferente, a dos metamateriais, materiais artificiais cujas propriedades dependem não de sua composição química, mas de sua estrutura.
Como os elétrons no grafeno e as magnetizações microscópicas podem apresentar comportamentos ondulatórios, o pesquisador se perguntou se seria possível projetar sistemas magnéticos que se comportem como os materiais monoatômicos. O aspecto magnético dos elétrons é conhecido como spin, e os spins podem se mover coletivamente, em ondas. E essas ondas se comportam como quasipartículas, chamadas mágnons. A novidade foi que o pesquisador encontrou uma conexão matemática entre as equações que descrevem os elétrons e aquelas que descrevem os mágnons – os materiais que apresentam essas quasipartículas são chamados de materiais magnônicos.
O pesquisador então projetou um metamaterial no qual momentos magnéticos microscópicos – spins artificiais, por assim dizer – são dispostos em uma película fina com orifícios distribuídos em um padrão hexagonal. Os orifícios foram projetados para imitar a geometria do grafeno.
Deu certo. Ao calcular as energias das perturbações magnéticas se propagando pelo material artificial – uma analogia das ondas de spin – o que se viu é que elas apresentam os mesmos comportamentos que os elétrons no grafeno.
Descoberta matemática permite criar versão magnética do grafeno
A descoberta terá importantes implicações para as tecnologias de comunicação.
[Imagem: Bobby Kaman et al. – 10.1103/t7tm-nxyl]Tecnologia Inovadora
Miniaturização da tecnologia de micro-ondas
Na verdade, deu mais do que certo, porque o sistema artificial mostrou-se muito mais complexo do que a simples analogia que os pesquisadores estavam procurando.
De fato, o metamaterial apresentou nada menos do que nove bandas de energia distintas, o que permite a coexistência simultânea de mais comportamentos, ou propriedades. Por exemplo, as ondas de spin sem massa são análogas às ondas de elétrons do grafeno, mas a versão magnética também permite bandas de baixa dispersão correspondentes a estados localizados e até mesmo efeitos topológicos entre as bandas.
Esta descoberta abre importantes rotas para exploração prática, o que a equipe decidiu fazer começando pela criação de dispositivos para a tecnologia de micro-ondas, usada em redes sem fio e celulares, por exemplo.Energia renovável
“Um desses dispositivos é um ‘circulador de micro-ondas’ que permite que os sinais de rádio de micro-ondas se propaguem apenas em uma direção,” explicou o professor Axel Hoffmann. “Eles geralmente são volumosos, mas o sistema magnônico que estudamos pode permitir que os dispositivos de micro-ondas sejam miniaturizados na escala micrométrica.”