Lente simplifica medição de campo magnético em superímãs

Lente magnética testada na EACH poderá ser usada em aplicações que envolvem controle de luz, como transmissão de dados

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Campo magnético de um ímã criando um padrão na lente magnética (Ferrocell) utilizando luz polarizada – Foto: Cecília Bastos / USP Imagens

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Superímãs são feitos de terras raras, que são materiais de difícil extração na natureza. Eles estão ficando cada vez mais comuns, pois possuem uma magnetização mais intensa do que os ímãs feitos com metais de transição, como o ferro, e podem ser usados em qualquer aplicação dos ímãs normais – fones de ouvido, caixas de som, fechos de bolsas, discos rígidos de computador e em gravação magnética de dados, entre outras. A grande vantagem é serem de menor tamanho e mais potentes, permitindo a miniaturização de equipamentos.

Para viabilizar alguns usos dos superímãs, porém, é necessário que seja feita a medição do seu campo magnético, o que não é uma tarefa fácil. Uma pesquisa desenvolvida na Escola de Artes, Ciências e Humanidades (EACH) da USP utiliza lentes magnéticas polarizadas com ferrofluidos para isso. A aproximação do ímã emite um campo magnético que faz a lente polarizar a luz, regulando sua direção e intensidade, ao mesmo tempo em que as partículas de ferro no ferrofluido desenham o campo magnético. Deste modo o campo pode ser visualizado rapidamente.

As lentes também têm potencial para serem usadas em outras aplicações que envolvem controle de luz por circuitos elétricos, como transmissão de dados. Os estudos são realizados no Laboratório de Matéria Mole da EACH e são coordenados pelo professor Alberto Tufaile.

Professor Alberto Tufaile mostra lente com ferrofluidos utilizada nos experimentos com campos magnéticos – Foto: Cecília Bastos / USP Imagens

De acordo com o professor Tufaile, é difícil definir o campo magnético dos superímãs pela sua forma e tamanho, pois mesmo quando são iguais, os campos magnéticos podem ter configurações diferentes. “Atualmente, essa medição é feita por meio de um aparelho chamado gaussímetro, que mede o campo magnético em apenas um ponto do espaço, enquanto ele se espalha por diversos pontos”, afirma. “Por isso é preciso utilizar um sistema de câmeras que registra a medição de cada ponto e depois reconstrói a imagem completa em computador, o que permite medir todo o campo.”

Lentes magnéticas: Ferrocell

O sistema de medição desenvolvido na pesquisa utiliza lentes magnéticas, também conhecidas como Ferrocell, que são feitas com duas placas de vidro com uma camada de ferrofluido entre elas. “O ferrofluido são nanopartículas de ferro envolvidas em surfactante (um tipo de detergente), que mantém as nanopartículas em suspensão, de modo a que não se juntem”, explica a professora Adriana Tufaile, integrante da pesquisa. “Quando um ímã é aproximado da lente, as nanopartículas são orientadas pelo campo magnético e as formas que elas assumem são projetadas na lente.”

Campo magnético de dois superímãs atraindo partículas de ferro em uma porção de ferrofluido
– Foto: Cecília Bastos / USP Imagens

A pesquisa verificou vários fenômenos ópticos nas lentes magnéticas, tais como a transparência, a birrefringência (quando a luz que incide sobre a lente desdobra-se em dois raios) e a polarização da luz. “A lente faz o papel de um polarizador, que é usado para variar a propagação e a intensidade da luz”, descreve o professor Tufaile. “Essa propriedade de polarização pode ser manipulada gerando-se uma corrente elétrica num eletroímã ou por meio da aplicação direta de um campo magnético com um ímã permanente. Conforme a intensidade do campo magnético varia, o ferrofluido na lente modifica a sua forma.”

Os padrões formados pelos campos magnéticos na lente são fotografados com câmeras e a imagem adquirida é analisada em computador por meio de softwares profissionais de análise de dados. “Cada ponto que forma a imagem, ou seja, os pixels, tem seu valor RGB (quantidade das cores vermelha, verde e azul) medido e transformado em uma matriz, que indica a cor e a intensidade da luz”, aponta o professor. “Através das fórmulas do eletromagnetismo, chega-se ao valor da intensidade do campo magnético.”

Tufaile e a professora Adriana Tufaile pesquisam fenômenos ópticos envolvendo magnetismo – Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

Outras aplicações

Segundo Alberto Tufaile, as possibilidades tecnológicas das lentes magnéticas se estendem a todas as aplicações onde o controle da luz hoje é feito por circuitos elétricos. “Por exemplo, hoje a fibra óptica serve para transportar dados por meio de sinais elétricos. Com as lentes magnéticas, poderiam ser utilizadas emissões de luz que ao serem recebidas pelos computadores são processadas fotonicamente, os chamados circuitos fotônicos.” A professora Adriana Tufaile, integrante da pesquisa, acrescenta que, devido à grande durabilidade, os superímãs poderão ser usados em equipamentos que utilizam campos magnéticos sem a necessidade de baterias.

Os estudos com as lentes ferromagnéticas surgiram a partir das pesquisas sobre o espalhamento da luz em espuma, realizadas pelos professores na EACH a partir de questões de física básica surgidas nas aulas de graduação. “Os experimentos mostraram que quando a luz laser incidia sobre a espuma, ela se comportava tanto como onda quanto como partícula, formando um círculo, um fenômeno que não era explicado pela óptica convencional”, conta Alberto Tufaile. “Os resultados desse estudo chegaram até o fabricante da Ferrocell, nos Estados Unidos, que relatou um fenômeno semelhante nas lentes magnéticas. O laboratório, que já realizava estudos com ferrofluidos, passou a pesquisar também os fenômenos ópticos envolvendo magnetismo.”

Mais informações: e-mails atufaile@usp.br, com a professora Adriana Tufaile, e tufaile@usp.br, com o professor Alberto Tufaile

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