O fenômeno do magnetismo é amplamente utilizado em eletrônicos e dispositivos de armazenamento. Ambas as direções atraem a atenção de um grande círculo de cientistas devido ao seu alto valor prático. É óbvio que os limites das possibilidades e dos materiais utilizados precisam ser constantemente expandidos. Cientistas japoneses fizeram uma descoberta revolucionária ao descobrir propriedades magnéticas únicas em materiais que não se acreditava que as apresentassem.
Busca por interações entre antiferromagnetismo, topologia de banda e interações de elétrons fortes. Fonte da imagem: Ray et al 2025
Materiais magnéticos na forma de ferromagnetos com spins eletrônicos ordenados são capazes de demonstrar o efeito Hall anômalo. O efeito Hall usual ocorre em um campo magnético externo quando uma corrente passa por uma amostra magnética. No caso do efeito Hall anômalo, um campo na amostra (a diferença de potencial em suas extremidades ou voltagem) surge no material magnético mesmo sem um campo magnético externo.
Ninguém esperava tal fenômeno no caso dos antiferromagnetos. Os spins nesses materiais são desordenados e se compensam quando são orientados em direções opostas. Entretanto, mesmo em antiferromagnetos, sinais do efeito Hall anômalo foram descobertos. Isso significa que uma nova classe de materiais com propriedades próprias e exclusivas pode ser usada como memória magnética, prometendo potencialmente melhor desempenho de dispositivos de memória. Agora é necessário entender completamente esse fenômeno e fornecer uma base científica fundamental — foi exatamente isso que cientistas do Japão fizeram.
«Um efeito Hall anômalo foi relatado anteriormente em uma certa classe de antiferromagnetos colineares, dizem os pesquisadores. — No entanto, os sinais observados eram extremamente fracos. A descoberta do efeito Hall anômalo sem magnetização foi de grande interesse científico e tecnológico.”
«Um dos principais objetivos do nosso projeto de pesquisa era criar um quadro científico coerente com base em nossas observações, dizem os autores do novo trabalho. “Cada etapa exigiu uma interpretação cuidadosa, especialmente devido às irregularidades estruturais características dos sistemas de dichalcogeneto de metais de transição (TMD).”
Os cientistas usaram uma família de materiais chamados dichalcogenetos de metais de transição como blocos de construção bidimensionais. Ao inserir íons magnéticos entre as camadas atômicas, os pesquisadores puderam controlar o movimento e as interações dos elétrons. A estrutura, modificada para um estado tridimensional, exibiu um novo comportamento que não era possível em sua forma bidimensional. Somente depois disso os pesquisadores conseguiram medir o efeito Hall anômalo em uma ampla faixa de temperaturas e campos magnéticos.
Além disso, cientistas dos Estados Unidos forneceram evidências na forma de imagens microscópicas de amostras confirmando a estrutura antiferromagnética colinear do material. Os resultados foram então comparados com análises teóricas e cálculos realizados por um grupo de cientistas da Universidade de Tóquio.
Os resultados obtidos se tornaram a primeira evidência experimental convincente do efeito Hall anômalo observado em antiferromagnetos colineares. Como o efeito Hall anômalo é tradicionalmente considerado relacionado à magnetização, sua detecção em tais materiais indica fenômenos além da compreensão padrão. Os pesquisadores sugerem que isso se deve à estrutura única das bandas de elétrons do material, que causa o aparecimento do chamado “campo magnético virtual” e aumenta o efeito Hall anômalo na ausência de magnetização. O trabalho continuará, já que uma compreensão completa da física desse processo ainda não foi alcançada.