Grafeno converte eletricidade em magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/04/2011

A ilustração mostra um fluxo de elétrons (setas verdes) que magnetizam o grafeno na direção oposta ao fluxo da corrente elétrica.[Imagem: Geim Lab/Univ.Manchester/Science]

A equipe do ganhador doPrêmio Nobel de Física pela descoberta do grafeno, Andre Geim, descobriu agora que uma corrente elétrica pode magnetizar o grafeno.

"O cálice sagrado da spintrônica é a conversão de eletricidade em magnetismo e vice-versa. Nós descobrimos um novo mecanismo, graças às propriedades únicas do grafeno. Acredito que vários caminhos na spintrônica irão se beneficiar desta descoberta," disse o Dr. Geim.

Spintrônica na prática

A spintrônica é um grupo de tecnologias emergentes que é capaz de usar o spin dos elétrons individuais, enquanto a microeletrônica atual precisa de bilhões de elétrons em movimento para se aproveitar de sua outra propriedade, a carga elétrica.

Foi a spintrônica que viabilizou a fabricação dos discos rígidos atuais, na faixa dos terabytes: esses discos rígidos mais modernos possuem um sensor magnético que usa uma corrente de spins para ler os dados.

E as memórias de acesso aleatórias magnéticas (MRAM), que também são fruto da spintrônica, já começam a se difundir pelo mercado.

O elemento chave da spintrônica está em conectar o spin do elétron - o momento angular, que o faz comportar-se de forma similar a um pequeno ímã - com a corrente elétrica, esta podendo ser manipulada de forma muito eficiente com a microeletrônica tradicional e sua eletricidade.

Corrente de spins

Geim e seus colegas injetaram uma corrente elétrica através de dois eletrodos colocados muito próximos um do outro em uma folha de grafeno. A seguir, eles mediram a tensão em uma região do grafeno afastada 10 milionésimos de metro dos eletrodos.

Em qualquer outro material, essa tensão deveria ser muito próxima de zero, porque a fuga de corrente da rota que liga os dois eletrodos vai se tornando progressivamente mais fraca conforme se afasta dos eletrodos.

Mas os cientistas descobriram que, quando eles aplicam um campo magnético perpendicularmente à folha de grafeno, essa tensão na verdade fica muito forte.

Isto seria um indício de uma corrente polarizada pelo spin, que seria gerada porque o campo magnético gera um desbalanceamento no número de elétrons com spins para cima e spins para baixo - os cientistas acreditam que o campo magnético gera uma condição mais favorável para um tipo de spin do que para o outro.

Este é o dispositivo usado para detectar a magnetização induzida no grafeno. [Imagem: Abanin et al./Science]

Conexão entre magnetismo e eletricidade

O experimento mostra uma nova forma de conectar o spin e a carga do elétron gerando um fluxo de spins na perpendicular da corrente elétrica, tornando o grafeno magnetizado.

Isto lembra o efeito verificado nos chamados materiais de interação spin-órbita, nos quais minúsculos campos magnéticos criados pelo núcleo dos átomos afeta o movimento dos elétrons em um cristal.

A diferença é que, nos materiais de interação spin-órbita, o efeito é fraco demais para ser usado na prática com a tecnologia atual. No grafeno, o efeito agora medido é muito mais forte e tem a vantagem adicional de poder ser ajustado variando-se o campo magnético externo.

Os pesquisadores mostraram ainda que o grafeno depositado sobre o nitreto de boro, como usado em seu experimento, torna-se um material ideal para a spintrônica porque o magnetismo que o nitreto de boro induz se estende por distâncias macroscópicas sem decaimento.

Vantagens e desvantagens

Levará ainda algum tempo para que os cientistas explorem todo o possível impacto desta descoberta, mas todos são unânimes em dizer que a possibilidade de usar o grafeno para fazer a conexão entre o spin e a carga do elétron usando um campo magnético relativamente fraco é um achado significativo.

Embora ainda não tenha sido demonstrado na prática, a descoberta abre a possibilidade de criação de transistores baseados no spin do elétron.

A necessidade de aplicação de um campo magnético externo, por outro lado, parece ser uma desvantagem quando se tem em vista as possíveis aplicações práticas da descoberta - isso poderia significar que um componente spintrônico de grafeno poderia sofrer a interferência de campos magnéticos indesejados ao seu redor.

Bibliografia:

Giant Nonlocality Near the Dirac Point in Graphene
D. A. Abanin, S. V. Morozov, L. A. Ponomarenko, R. V. Gorbachev, A. S. Mayorov, M. I. Katsnelson, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. S. Novoselov, L. S. Levitov, A. K. Geim
Science
15 April 2011
Vol.: 332 no. 6027 pp. 328-330
DOI: 10.1126/science.1199595

Another Spin on Graphene
Antonio H. Castro Neto
Science
15 April 2011
Vol.: 332 no. 6027 pp. 315-316
DOI: 10.1126/science.1204496