Os cientistas recriaram o comportamento do indescritível monopolo magnético usando diamantes e ferrugem

O monopolo magnético, uma partícula hipotética com um único campo magnético, prevista por Paul Dirac em 1931, ainda não recebeu confirmação observacional. Um século de busca por um monopolo magnético não produziu resultados. Ao mesmo tempo, a confirmação da sua existência abriria caminho para o desenvolvimento de uma “teoria de tudo” – uma teoria física e matemática unificada do funcionamento do nosso Universo.

Fonte da imagem: Anthony Tan/Michael Hoegen

«Se os monopolos realmente existissem e pudéssemos isolá-los, seria como encontrar uma peça que faltava num puzzle que se pensava estar perdido”, explicou o físico Mete Atatüre, da Universidade de Cambridge, um dos autores de um novo artigo que procura sinais. de monopolos magnéticos.

Neste trabalho, publicado na revista Nature Materials, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por cientistas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, observou o comportamento monopolo dos campos magnéticos ao passar pela hematita, um material semelhante à ferrugem comum.

Esclareçamos imediatamente que esta não é uma observação do comportamento de uma partícula hipotética. Esta é uma tentativa de avaliar os padrões que poderiam ser revelados no processo de observação de um monopolo magnético real. Na prática, os cientistas descobriram e estudaram a relação entre os padrões de spin em materiais antiferromagnéticos sob a influência de uma aplicação pontual de um campo magnético que simula a carga magnética de um monopolo.

«O desafio sempre foi obter imagens diretas dessas estruturas em antiferromagnetos devido à sua atração magnética mais fraca, mas agora podemos fazer isso usando uma divertida combinação de diamantes e ferrugem”, disse o físico Anthony Tan, da Universidade de Cambridge.

Fonte da imagem: Nature Materials, 2023

Os cientistas acham engraçado usar a palavra ferrugem em combinação com diamantes. Mas isso é apenas hematita – um mineral de ferro amplamente difundido, Fe2O3, um minério de ferro comum. É um antiferromagneto com campo magnético neutro em seu estado normal. A estrutura ordenada e neutra dos domínios magnéticos neste material é facilmente localizada em escalas muito, muito pequenas. Para desequilibrá-lo, utilizou-se a agulha de diamante mais fina, ou melhor, a magnetometria quântica de diamante. Ao detectar a orientação do spin dos elétrons na ponta, os campos magnéticos fracos na amostra podem ser medidos sem perturbá-los.

Essencialmente, os cientistas criaram uma simulação do impacto de uma partícula hipotética na rede magnética da amostra e puderam ver esse impacto com o dispositivo. Isto abre caminho para novos métodos de busca da partícula indescritível, cuja detecção não pode ser superestimada para a física moderna.

No futuro, os resultados desta investigação poderão ser utilizados para desenvolver tecnologias informáticas mais rápidas do que as que temos hoje e mais amigas do ambiente (devido ao menor consumo de energia), pelo que teremos de agradecer às propriedades especiais dos materiais antiferromagnéticos. .

«“Mostramos como a magnetometria quântica de diamante pode ser usada para desvendar a misteriosa manifestação do magnetismo em materiais quânticos bidimensionais, o que poderia abrir novas áreas de pesquisa neste campo”, explicou Tan.