A comprovação experimental do magnetismo bidimensional do tipo Ising

Claudio Macedo
05/01/2017

Diagrama mostrando um ordenamento antiferromagnético de spins. [1]
Diagrama mostrando um ordenamento antiferromagnético de spins. [1]
O magnetismo do tipo Ising tem uma longa história. Começou em 1925, quando Ernst Ising mostrou que seu modelo (o modelo de Ising) não apresentava solução estável para ordem magnética em sistemas unidimensionais em temperaturas acima do zero absoluto (0 K). Esse resultado, depois, foi generalizado em trabalhos que mostraram que as flutuações térmicas são muito fortes e destroem a estabilização de parâmetros de ordem em quaisquer sistemas unidimensionais.

Quanto aos sistemas tridimensionais, os diversos modelos existentes têm atendido aos inúmeros resultados experimentais de materiais magnéticos conhecidos.

O estudo de sistemas magnéticos bidimensionais tem sido muito mais complexo. Em 1943, Lars Onsager, mostrou matematicamente que o modelo de Ising bidimensional apresentava transição de fase magnética, isto é, poderia existir ordem magnética, em temperaturas acima de 0 K, em sistemas que atendessem à interação indicada no modelo de Ising. Por outro lado, ao longo do tempo, trabalhos teóricos têm sistematicamente demostrado a não existência de ordem magnética de longo alcance, em temperaturas acima de 0 K, em sistemas bidimensionais que obedeçam a outros modelos de sistemas magnéticos, diferentes do Ising, tais o modelo XY e o modelo isotrópico de Heisenberg.

O problema sempre foi confirmar a existência de um material bidimensional que atendesse à solução de Onsager. Isso foi conseguido agora.

Pesquisadores coreanos demonstraram experimentalmente que o composto FePS3 exibe um ordenamento antiferromagnético do tipo Ising até o limite de monocamada, em concordância com a solução de Onsager para o modelo de Ising bidimensional [2].

Os autores do trabalho determinaram a temperatura de transição antiferromagnética-paramagnética do material em função da espessura. Eles diminuíram sistematicamente a espessura da substância até o limite atômico e analisaram por espectroscopia Raman [3] os efeitos de mudanças no ordenamento magnético. A temperatura de transição encontrada foi de 118 K (-155 oC); um valor quase independente da espessura da amostra, o indica que a interação entre as camadas da substância é muito fraca e não afeta a ordem antiferromagnética.

O trabalho dos coreanos é um marco na Física da Matéria Condensada, afinal, a solução de Onsager do modelo de Ising bidimensional, mesmo sem a comprovação experimental, agora obtida, tem influenciado profundamente a Física ao longo de mais de 70 anos. Enfim, o magnetismo em materiais bidimensionais é de interesse científico fundamental, com inúmeras possíveis aplicações. [4]

[1] Crédito da imagem: Deshi at vi.wikipedia (Own work Transferred from vi.wikipedia) [Public domain], via Wikimedia Commons. URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phansattu1.PNG.

[2] JU Lee et al. Ising-Type Magnetic Ordering in Atomically Thin FePS3. Nano Letters 10.1021/acs.nanolett.6b03052 (2016).

[3] Wikipédia. Espectroscopia Raman. URL: https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectroscopia_Raman. Acesso em 05 de janeiro (2017).

[4] Artigo relacionado: A comprovação experimental do modelo de Hubbard para a dinâmica quântica em materiais.

Como citar este artigo: Claudio Macedo. A comprovação experimental do magnetismo bidimensional do tipo Ising. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2017/01/a-comprovacao-experimental-do-magnetismo-bidimensional-do-tipo-ising/. Publicado em 05 de janeiro (2017).

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Claudio Macedo

Doutor em Física. Divulgador de Ciência. Professor da Universidade Federal de Sergipe (1976-2016).
Escreve sobre Temas Variados da Ciência no Saense.

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