Magnetismo de materiais é medido em baixas temperaturas

Medições feitas com ressonância magnética nuclear devem ajudar no entendimento das propriedades físicas da matéria

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Instrumentação criogênica para medidas magnéticas em altos campos e baixas temperaturas - Foto: Jorge Maruta/USP Imagens
Instrumentação criogênica para medidas magnéticas em altos campos e baixas temperaturas – Foto: Jorge Maruta/USP Imagens

As propriedades magnéticas dos materiais em altos campos magnéticos e baixas temperaturas são estudadas em um projeto de pesquisa global com a participação do Instituto de Física (IF) da USP. Em um dos experimentos do projeto, os pesquisadores utilizaram Ressonância Magnética Nuclear (NMR) para observar as propriedades magnéticas nas partículas fundamentais do cloreto de níquel com tioureia. As medições foram interpretadas por meio do modelo de ondas de matéria e serviram também para elaborar equações que permitem entender os resultados e prever novos comportamentos das partículas.

A pesquisa foi publicada em artigo na revista científica Physical Review B, nos Estados Unidos, em janeiro deste ano. “Todos os materiais, que são representados como objetos físicos em temperatura ambiente, podem ser representados por ondas de matéria, correspondendo a cada elemento uma onda com características próprias de comprimento ondulatório e amplitude”, aponta o professor Armando Paduan-Filho, do IF, um dos pesquisadores que assinam o artigo. “Essa representação é extremamente útil em baixas temperaturas, principalmente para o entendimento das propriedades físicas da matéria.”

“O estudo do magnetismo sempre foi um objeto de pesquisa de bastante interesse, inclusive de não especialistas, pois se manifesta em um enorme número de equipamentos que fazem parte da vida diária, como, por exemplo, em qualquer aparelho elétrico que use um motor”, afirma Paduan-Filho. “Na natureza existem várias forças, além da força magnética, que agem em conjunto, dificultando a análise de uma única força.”

Magnetismo

Segundo o professor, também colabora com o emaranhado de interações a energia térmica, que, como o nome esclarece, tem uma atuação diminuída quando se abaixa a temperatura do material a ser estudado. “Desta forma, diminuindo a temperatura, diminui-se a agitação térmica dos átomos, podendo se isolar apenas a força magnética, e assim estudá-la separadamente. Essa é uma grande proposta para o estudo do magnetismo”, ressalta.

Diminuindo a temperatura, diminui-se a agitação térmica dos átomos, podendo se isolar apenas a força magnética, e assim estudá-la separadamente.”

Diminuindo a temperatura do sistema, onde as partículas são representadas pela chamada onda térmica, a amplitude dessas ondas aumenta, podendo se chegar a um ponto onde elas se tocam. “Em uma classe especial de materiais, em que essas ondas são rigorosamente iguais em amplitude e fase, podemos assumir que apenas uma onda térmica passa a representar todo o sistema”, observa Paduan-Filho. “Esse é um ponto chamado condensação de Bose-Einstein, em que a descrição das propriedades do sistema fica enormemente simplificada, pois elas são descritas em apenas uma equação.”

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A técnica usada no experimento foi a de NMR, aplicada no composto orgânico cloreto de níquel com tioureia, o qual foi resfriado com hélio para permitir a análise das ondas térmicas. “Ela consiste na observação das propriedades magnéticas em profundidade na matéria, ou seja, diretamente nas partículas fundamentais de um composto”, descreve o professor. “O método permitiu acompanhar o desempenho deste composto quando os momentos magnéticos dos íons de níquel (Ni) interagem entre si e com seus vizinhos.”

Professor Armando Paduan-Filho explica o experimento realizado com cloreto de níquel tioureia - Foto: Jorge Maruta/USP Imagens
Professor Armando Paduan-Filho explica o experimento realizado com cloreto de níquel tioureia – Foto: Jorge Maruta/USP Imagens

Por meio das medidas de NMR, feitas pelo grupo experimental da Universidade de Grenoble, na França, que colabora com o IF, foi possível determinar características microscópicas que levaram à elucidação de valores de parâmetros do composto. “Igualmente importante foi a atuação de uma equipe teórica do mesmo grupo francês, que propôs equações que descrevem várias propriedades de um condensado”, destaca Paduan-Filho. “Na recomendação do artigo, os editores da publicação norte-americana apontam que esses estudos resultaram em uma referência para a discussão da aplicação dos modelos a outros sistemas quânticos.”

Mais informações: e-mail apaduan@if.usp.br, com o professor Armando Paduan-Filho

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