Ímã com oito polos é observado pela primeira vez

Magnetismo multipolar

Os ímãs tipicamente têm dois polos, chamados norte e sul, uma espécie de positivo e negativo magnéticos, que se arranjam em uma estrutura que os físicos chamam de dipolo.

Mas avanços recentes na mecânica quântica revelaram ordens superiores de magnetismo, incluindo a existência de uma “ordem octupolar”, na qual um padrão de partículas dispostas em uma estrutura cristalina dentro de um material se comporta como se tivesse oito polos magnéticos, em vez dos dois habituais.Armazenamento magnético

O problema é que detectar, mensurar e eventualmente controlar esses estados magnéticos mais complexos tem-se mostrado um desafio significativo, dificultando sair das demonstrações das possibilidades teóricas para ímãs exóticos na vida real.

Agora, Ruairidh Sutcliffe e colegas do Canadá e do Japão idealizaram uma técnica para observar estados magnéticos usando luz que permite sondar as vibrações atômicas produzidas pelo spin dos elétrons – é o spin que é a propriedade magnética em nível quântico. Em termos gerais, eles criaram uma técnica para detectar ímãs de com mais de dois polos.

O trabalho é um primeiro passo crucial para tirar proveito do magnetismo multipolar em tecnologias práticas, incluindo dispositivos de armazenamento e computação de dados de próxima geração.

Enxergando do magnetismo por meio de vibrações

Os pesquisadores descobriram que, ao iluminar um material cristalino, com a luz transferindo energia para sua estrutura atômica e desencadeando minúsculas vibrações, tornam-se visíveis padrões magnéticos normalmente invisíveis pelas técnicas convencionais.

O segredo está nos pacotes de energia vibracional que se movem através da rede cristalina de um sólido, conhecidos como fônons. E está especificamente nos fônons quirais, ou seja, aqueles que não correspondem à sua própria imagem especular.

“Assim como uma mão esquerda não se encaixa perfeitamente sobre uma mão direita, mesmo sendo imagens espelhadas, os fônons quirais têm uma ‘quiralidade’ e existem em formas distintas e não correspondentes,” explicou Sutcliffe, da Universidade de Toronto.

Essa quiralidade revelou-se fundamental: Os pesquisadores descobriram que estados magnéticos octupolares deixam uma assinatura única nessas vibrações, que podem ser detectadas por meio da luz. Ao iluminar os materiais magnéticos com um tipo especial de luz rotativa, a equipe observou uma nítida impressão digital óptica da ordem magnética de oito polos.

“Descobrimos que o surgimento da ordem octupolar pode conferir uma quiralidade distinta a certos modos de fônon,” explicou Swati Chaudhary, pesquisadora da Universidade de Tóquio. “Essas vibrações se comportam de maneira diferente daquelas encontradas em ímãs convencionais, por isso as chamamos de fônons ‘pseudoquirais’, e elas fornecem uma nova maneira de identificar e estudar estados magnéticos ocultos.”