Quântico e clássico

Oliver Waldmann, físico alemão e professor visitante da Universidade do Estado de Ohio, nos EUA, resolve mistério de 50 anos ao demonstrar que a transmissão de energia num elemento magnético microscópico reflete as leis da física clássica

Agência FAPESP - O alemão Oliver Waldmann, professor visitante do departamento de física da Universidade do Estado de Ohio, nos Estados Unidos, demonstrou pela primeira vez um tipo de comportamento magnético que havia sido previsto há mais de meio século.

O comportamento envolve uma forma particular de transmissão de energia por átomos de um minúsculo elemento magnético conhecido como crômio-8 (Cr8). O surpreendente é que o comportamento aparentemente reflete as leis da física clássica, apesar de os cientistas acreditarem até então que o mesmo deveria ser controlado pela mecânica quântica.

As clássicas leis de movimento e energia, experimentadas por qualquer pessoa todos os dias, normalmente se aplicam somente a objetos grandes o suficientes para serem vistos a olho nu. Ocorre que o Cr8 é tão pequeno que deveria ter seu comportamento descrito pela mecânica quântica, a ciência que descreve as interações de partículas subatômicas.

Materiais como o Cr8 são chamados de magnetos moleculares por serem compostos por apenas um pequeno número de átomos que formam uma grande molécula. A estrutura do elemento contém oito átomos de crômio carregados eletricamente e unidos num anel com menos de um nanômetro (bilionésimo de metro).

Os spins de quatro dos átomos estão magnetizados em uma direção (para cima) e os outros quatro na direção oposta (para baixo). Os spins opostos se cancelam uns aos outros, fazendo com que o Cr8 seja o que é conhecido como um antiferromagneto.

A estrutura do spin para cima e para baixo é chamada de Estrutura Néel, em homenagem ao físico francês Louis Néel, que em 1970 recebeu o prêmio Nobel pela descoberta do antiferromagnetismo.

Em 1952, outro ganhador do Nobel, o físico norte-americano Philip W. Anderson, da Universidade de Princeton, havia previsto que, quando os átomos de um antiferromagneto se inclinassem levemente para fora da posição para cima-para baixo, suas transmissões de energia assumiriam uma estrutura ondular.

A teoria de Anderson sugeria que o magneto geraria então um segundo tipo de excitação, chamada de Excitação Néel, quando os elétrons em seus átomos estivessem no menor estado energético possível. Esse tipo de excitação não havia sido demonstrada até o momento.

A descoberta de Waldmann é ainda mais importante uma vez que a Excitação Néel, um efeito da mecânica quântica, pode ter suas propriedades explicadas por uma abordagem da física clássica. "Os resultados mostram que podemos compreender importantes aspectos do comportamento quântico por meio do raciocínio clássico", disse o pesquisador, em comunicado da universidade.

Para o cientista alemão, a descoberta pode ajudar a diminuir a distância entre abordagens clássicas e quânticas no estudo de estruturas minúsculas como a do Cr8, além de auxiliar no desenvolvimento de dispositivos baseados em nanotecnologia, como computadores muito pequenos mas muito potentes.

Os resultados do estudo foram publicados pelo periódico científico Physical Review Letters.