Um novo tipo de quasipartícula – apelidado de “espinaron” pelos cientistas que o descobriram – pode ser responsável por um fenômeno magnético geralmente atribuído ao efeito Kondo. A pesquisa, que foi realizada por Samir Lounis e colegas da Forschungszentrum Jülich da Alemanha, lança dúvidas sobre as teorias atuais do efeito Kondo e pode ter implicações para o armazenamento e processamento de dados com base em estruturas como pontos quânticos.
A resistência elétrica da maioria dos metais diminui à medida que a temperatura cai. Metais contendo impurezas magnéticas, no entanto, se comportam de maneira diferente. Abaixo de um determinado limite de temperatura, sua resistência elétrica aumenta rapidamente e continua a aumentar à medida que a temperatura cai ainda mais. Identificado pela primeira vez na década de 1930, esse fenômeno ficou conhecido como efeito Kondo depois que o físico teórico japonês Jun Kondo publicou uma explicação para ele em 1964.
Kondo mostrou que o spin de uma impureza magnética, que vem de seu momento magnético, acopla-se fortemente, ou “adere”, aos spins de todos os elétrons da região ao seu redor. A “nuvem” resultante de elétrons acoplados ao spin efetivamente protege os elétrons condutores e os impede de se moverem, produzindo o aumento observado na resistência do metal.
Ressonâncias kondo
Uma marca registrada do efeito Kondo são as quedas, ou ressonâncias, nos espectros de transporte de elétrons observados quando impurezas magnéticas são depositadas em superfícies de metal. Essas ressonâncias podem ser detectadas por espectroscopia de tunelamento de varredura (STS), uma técnica que torna possível posicionar e detectar átomos individuais em uma superfície e registrar espectros de energia exatamente nessas posições.
Os pesquisadores mediram essas ressonâncias pela primeira vez em 1998, observando uma queda na curva de medição no ponto onde os átomos magnéticos de cobalto foram depositados em uma superfície de ouro. Antes dessa série pioneira de experimentos, o efeito Kondo só podia ser detectado indiretamente, por meio de medidas de resistência. Esses primeiros resultados de STS – que mais tarde foram confirmados para átomos de cobalto na superfície de outros metais, como cobre e prata – abriram, portanto, uma nova maneira de estudar a física de muitos corpos em subnanoescala.
Excitações de spin inelásticas são importantes
A equipe de Jülich, no entanto, argumenta que essa queda característica não é, de fato, um sinal inequívoco do efeito Kondo. Em vez disso, seus estudos sugerem que outro fenômeno completamente – anisotropia magnética – está criando o mergulho.
Em um artigo publicado na Nature Communications, os pesquisadores explicam que, abaixo de uma temperatura específica, o momento magnético do átomo de impureza de cobalto acopla-se à rede cristalina dos átomos na superfície do ouro. Neste ponto, seu momento essencialmente “congela”. Enquanto isso, acima da temperatura crítica, certas excitações do momento magnético, conhecidas como excitações de spin inelásticas, surgem graças às propriedades de spin dos elétrons de tunelamento usados em STS.
Com base em um modelo matemático desenvolvido recentemente que combina a teoria funcional da densidade dependente do tempo relativística (TD-DFT) e a teoria de perturbação de muitos corpos (MBPT), Lounis e colegas pensam que a queda na curva de medição pode resultar de interações entre os excitações e elétrons. Essas interações formam um estado “spinaron” ligado e a física do sistema geral é ditada pelos efeitos relativísticos induzidos por essas interações. A combinação de excitações de spin e spinaron dá origem a curvas de transporte que concordam bastante com aquelas supostamente decorrentes do efeito Kondo, afirmam os pesquisadores.
“Muito do que pensávamos ter aprendido sobre o efeito Kondo nas últimas duas décadas, e que já apareceu nos livros didáticos, precisa ser reexaminado”, diz Lounis. “De nossa parte, estamos planejando investigar sistematicamente várias nanoestruturas que se acredita abrigar ressonâncias Kondo”, disse ele à Physics World. “Também esperamos desvendar a complexidade e riqueza da física por trás do spinaron e explorar novas maneiras de identificar a interação entre excitações de spin, spinarons e recursos Kondo.”
Publicado em 06/02/2021 10h45
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