de Mike McRae
Dos pequenos flocos de neve para os garfos de um raio, não é difícil encontrar exemplos de fractais no mundo natural. Então, deve ser surpreendente que, até agora, tenham permanecidos alguns lugares aonde estes padrões geométricos infinitamente repetentes nunca tenham sido vistos.
Físicos do MIT agora são providos com o primeiro exemplo conhecido de um arranjo fractal em material quântico.
Os padrões foram vistos em uma inesperada distribuição de unidades magnéticas chamadas "domínios" que desenvolvem em um composto chamado óxido de níquel néodímio, um metal de terra rara com propriedades extraordinárias.
Ter um melhor entendimentos destes domínios e seus padrões poderia potencialmente levar a novas formas de guardar e proteger informação digital.
E isto é bom, porque o óxido de níquel neodímio, ou NdNiO3, é estranho.
Puxe NdNiO3 do seu bolso e o eletrifique com corrente, e conduzirá facilmente. Largue-o em nitrogênio líquido de forma com que esteja em uma temperatura de por volta de -123ºC e então se tornará, ao revés, um isolante.
Não é a única coisa que muda, como diz o físico Riccardo Comin: "O material não é magnético em todas as temperaturas."
Certo, até uma peça de ferro magnetizado comum perderá sua capacidade de apontar o norte se você esquentá-la o suficiente, então não é tão estranho. Mas o óxido de níquel neodímio não joga dentro das regras, então a forma precisa com que seus elétrons se dispões em arranjos magnéticos tem sido um mistério.
O que sabemos é que, como a maioria dos materiais ferromagnéticos, átomos dentro do óxido de níquel neodímio se agrupam como pequenas aglutinações de partículas magneticamente orientadas chamadas domínios.
Domínios vêm em uma variedade de tamanhos e arranjos, dependendo das interações quânticas entre os elétrons e seus átomos em certas condições. Mas como emergem em óxido de níquel neodímio, dada sua natureza como um condutor e no luar um isolante, era a grande questão.
"Queríamos ver como estes domínios aparecem e crescem uma vez que a fase magnética é alcançada com o esfriamento do material" disse Comin.
Os pesquisadores, no passado, disseminaram raios X pelo material para poder estudar suas estranhas propriedades eletromagnéticas de vai e vem, na esperança de descobrirem seus segredos elétricos.
Enquanto isto mostrou como o material distribui seus elétrons em temperaturas diferentes, mapear seu tamanho e distribuição de seus domínios em tais condições requer um método mais concentrado.
"Então adotamos uma solução especial que possibilita estreitar este feixe para um mapeamento bem pequeno, de forma que pudéssemos ver, ponto a ponto, o arranjo dos domínios magnéticos em este material" disse Comin.
Esta solução especial foi tão velha quanto foi um romance, eles usaram a mesma tecnologia que muitos faróis antigos utilizam para canalizar a luz em um feixe estreito.
Lentes de Fresnel são empilhadas em camadas de um material transparente com cumeeiras que redirecionam a radiação eletromagnética. Enquanto as lentes de faróis podem ter metros de diâmetro, as que Comin e sua equipe utilizaram eram de uma largura de 150 mícrons.
O resultado final foi um feixe de raio X pequeno o suficiente para detectar a fina escala de domínios magnético através de um pequeno filme criado em laboratório de óxido de níquel neodímio.
A maioria destes domínios eram mínimos. Espalhados por entre eles estavam alguns dos maiores. Mas uma vez que os número foram mastigados e um mapa desenhado, a distribuição de domínios maiores em um mar de domínios pequenos pareceu estranhamente similar não importando qual escala fosse utilizada.
"O padrão de domínio foi difícil de decifrar à primeira, mas depois de analisar as estatísticas da distribuição de domínios, percebemos que havia um comportamento fractal" disse Comin.
"Foi completamente inesperado, uma serendipidade."
materiais que podem agir como condutores e isolantes ao mesmo tempo têm um grande papel no mundo da Eletrônica. Transistores são baseados neste mesmo princípio.
Mas o óxido de níquel neodímio é ainda mais complexo. O mesmo padrão de fractal destes domínios reaparece quando a temperatura abaixa de novo, quase como se o material tivesse algum tipo de memória para redesenhar suas limitações.
"Semelhante a discos magnéticos que giram em discos rígidos, pode ser envisionado o armazenamento de pequena informação nestes domínios magnéticos" disse Comin.
De resilientes artifícios de armazenamento de memória até neurônios artificiais, o óxido de níquel neodímio com certeza faz parte do grande cenário da Eletrônica do futuro.
Nature Communications.
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