Há alguns anos, físicos do estado sólido descobriram que, em certas condições, era possível imantar o carbono. Para sua grande surpresa, perceberam agora que não é necessário utilizar feixes de prótons: basta um simples campo magnético. Trata-se de um avanço que pode abrir perspectivas importantes nas nanociências.

Não é a primeira vez que pesquisadores do SLAC (Stanford Linear Accelerator Center), EUA, se voltam para o estudo das propriedades magnéticas do carbono. Durante muito tempo, o carbono não era considerado como elemento susceptível de possibilitar a fabricação de imãs permanentes. De fato, o carbono não era percebido como um material ferromagnético, ao contrário do ferro, do níquel, do cobalto ou de certas ligas como a de Heusler, constituída unicamente de metais não ferromagnéticos (61% Cu, 24% Manganês, 15% Alumínio). Podem ser citados também materiais à base de terras-raras (ligas samarium-cobalto ou neodímio-ferro-boro).

Não obstante, alguns suspeitavam que devia ser possível obter ferromagnetismo com carbono, porque certos meteoritos, ricos em carbono, pareciam verdadeiramente magnetizados pelo meio. Infelizmente, as primeiras análises teóricas baseadas nas leis da mecânica quântica pareciam impedir o fenômeno. A presença de impurezas metálicas seria provavelmente a causa para o aparecimento deste magnetismo.

Revendo a questão, alguns teóricos avançaram uma outra possibilidade: a presença de hidrogênio ligado aos átomos de carbono seria responsável pelas modificações do estado eletrônico deste último, induzindo a uma polarização magnética. De fato, foi com o uso de feixes de prótons (núcleos de hidrogênio) sobre grafite que os pesquisadores do SLAC tinham descoberto, em 2007, que se podia magnetizar grafite puro.

A fim de melhor compreender o fenômeno, os físicos estudaram mais de perto o que se passava, com a ajuda de feixes de raios X polarizados (uma técnica conhecida pelo nome de dicroísmo circular magnético de raios X: XMCD) incidindo sobre cubos de grafite pirolítico de 5 milímetros. Alguns desses cubos tinham sido bombardeados com feixes de prótons e outros não. Nos dois casos, eles tinham sido mergulhados em um campo magnético.

De modo impressionante, os cubos bombardeados por prótons exibiam uma fraca imantação, como já tinha sido descoberto, mesmo os cubos não submetidos aos feixes de prótons apresentavam tal imantação. Logo, bastava submeter o grafite a um campo magnético para fazer um ímã!


Uma imantação forte, mas, na superfície

Uma segunda surpresa aguardava os pesquisadores. As análises detalhadas daquilo que se produzia no grafite mostraram que a imantação era também tão forte quanto a do níquel! A grande diferença, explicando a fraqueza do ferromagnetismo descoberto, é que a polarização magnética não se produzia a não ser na superfície do grafite.

Nas experiências sem feixes de prótons, os físicos mostraram que, aqui também, a presença de átomos de hidrogênio estando ligados à superfície do carbono explicava o aparecimento de ferromagnetismo. O bombardeamento com os prótons não fazia senão tornar isto mais intenso e mais facilmente observável com um sensor Squid (do inglês, Superconducting Quantum Interference Devices).

Imantação de uma amostra de grafite não tratado com prótons (eixo vertical), em função de um campo magnético exterior (eixo horizontal). A curva vermelha e os pontos brancos mostram essa imantação medida, respectivamente, com um Squid e pela técnica de XMCD.

Créditos: Hendrik Ohldag.

Naturalmente, os pesquisadores vão agora estudar o mesmo fenômeno com grafeno.

Futura Sciences (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta nota, de título: "The role of hydrogen in room-temperature ferromagnetism at graphite surfaces", de autoria de H. Ohldag, P. Esquinazi, E. Arenholz, D. Spemann, M. Rothermel, A. Setzer e T. Butz, foi submetido ao New Journal of Physics, 2010, http://arxiv.org/abs/0905.4315v2.

Assuntos Conexos:

Depois do grafeno e do grafano, o grafono, um semicondutor magnético.

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