UM NOVO TIPO DE ÍMÃ FUNCIONA À TEMPERATURA AMBIENTE

Os elétrons carregam uma carga, mas também um spin, um minúsculo ímã embutido que aponta “para cima” ou “para baixo”. A spintrônica busca usar esse spin para armazenar e processar informação. Nos últimos anos, os físicos encontraram materiais magnéticos com uma propriedade notável: eles não têm magnetização global, mas a energia de seus elétrons ainda depende do spin, de um jeito que muda com a direção em que se movem. Essa “separação de spin” não depende de efeitos relativísticos, o que a torna grande.

Em alguns desses materiais, chamados altermagnetos, o padrão é simétrico: um elétron que se move num sentido e outro que se move no sentido oposto veem o mesmo spin. Nos ímãs de onda p, é o contrário: inverta a direção do movimento e o spin também se inverte. Até agora, os ímãs de onda p relatados só funcionavam abaixo da temperatura do nitrogênio líquido.

Uma espiral escondida num cristal conhecido

Kaiwen Shen, Xianzhe Chen, Libor Šmejkal e colegas da Universidade Fudan, em Xangai, de dois Institutos Max Planck em Dresden e de outras instituições na China e na República Tcheca, voltaram-se para a ferrita de bismuto (BiFeO₃). Ela é um dos “multiferroicos” mais estudados, materiais que são ao mesmo tempo magnéticos e ferroelétricos — têm uma polarização elétrica embutida. Ela permanece magneticamente ordenada até cerca de 640 kelvin (bem acima da temperatura ambiente) e ferroelétrica até 1.100 kelvin.

Dentro dela, os momentos magnéticos dos átomos de ferro não estão alinhados: giram passo a passo ao longo de uma espiral, chamada cicloide. A equipe mostra que essa espiral, por si só, produz magnetismo de onda p — um mecanismo que eles descrevem como até então negligenciado.

Teoria, depois um laser

• Cálculos dos elétrons do cristal mostram um padrão de spin de onda p bem definido, com uma separação de spin de cerca de 100 milieletron-volts. Acrescentar efeitos relativísticos quase não o altera: o efeito vem da própria ordem magnética.
• Quando a espiral gira no outro sentido — canhota em vez de destra —, o padrão de spin se inverte.
• No laboratório, eles cresceram um filme de 100 nanômetros de ferrita de bismuto e fizeram imagens de sua espiral magnética com um sensor quântico de ponta de diamante.
• Para ler os spins, iluminaram o filme com um laser de polarização circular. A luz que gira num sentido excita mais os elétrons de um spin do que os do outro, produzindo uma pequena corrente elétrica cujo sinal segue a direção do spin. Ao girarem a amostra, a corrente atingiu o máximo exatamente na direção prevista para a polarização de spin de onda p. Todas essas medições foram feitas à temperatura ambiente, ao ar livre.

Invertendo spins com uma tensão

A característica-chave: na ferrita de bismuto, o sentido de giro da espiral está travado à polarização elétrica. Inverta uma, e a outra acompanha.

A equipe aplicou pulsos elétricos de cerca de 300 quilovolts por centímetro através do filme. A polarização girou, a espiral mudou de sentido de giro e a corrente induzida pelo laser mudou de sinal: positiva após um pulso, negativa após o pulso oposto. Representada em função do campo aplicado, a corrente traçou um ciclo de histerese que coincidia com a inversão da polarização do cristal. A mudança é reversível e permanece depois do pulso.

Pulsos elétricos invertem a polarização e o sentido de giro da espiral (a); o dispositivo (b); a corrente de spin inverte o sinal (c) e segue um ciclo de histerese em função do campo elétrico (d). — Figura 3, Shen et al. (2026), arXiv:2610.12892.

Do frio para a mesa

Os autores o apresentam como um ímã com separação de spin de paridade ímpar controlada por tensão à temperatura ambiente, e o veem como um caminho para dispositivos spintrônicos de baixo consumo. Os resultados vêm de filmes finos em laboratório; nenhum dispositivo além da inversão do sinal medido foi demonstrado ainda.