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Trocando nanoímãs usando lasers infravermelhos

Representação esquemática de uma molécula metálica de ftalocianina que é colocada em duas vibrações, criando um momento dipolar elétrico rotativo no plano da molécula e, portanto, um campo magnético.

Físicos da TU Graz calcularam como moléculas adequadas podem ser estimuladas por pulsos de luz infravermelha para formar pequenos campos magnéticos. Se isso também for bem-sucedido em experimentos, o princípio poderá ser usado em circuitos de computadores quânticos.

Quando as moléculas são irradiadas com luz infravermelha, elas começam a vibrar devido ao fornecimento de energia. Para Andreas Hauser, do Instituto de Física Experimental da Universidade de Tecnologia de Graz (TU Graz), este conhecido fenômeno foi o ponto de partida para considerar se essas oscilações também poderiam ser usadas para gerar campos magnéticos. Isso ocorre porque os núcleos atômicos têm carga positiva e, quando uma partícula carregada se move, um campo magnético é criado. Usando o exemplo das ftalocianinas metálicas – moléculas de corante planas em forma de anel – Andreas Hauser e sua equipe calcularam agora que, devido à sua alta simetria, essas moléculas na verdade geram minúsculos campos magnéticos na faixa nanométrica quando pulsos infravermelhos agem sobre elas. De acordo com os cálculos, deveria ser possível medir a intensidade do campo bastante baixa, mas localizada com muita precisão, usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear. Os pesquisadores publicaram seus resultados no Journal of the American Chemical Society.

Dança circular das moléculas

Para os cálculos, a equipe baseou-se em trabalhos preliminares dos primórdios da espectroscopia a laser, alguns dos quais com décadas de existência, e usou a moderna teoria da estrutura eletrônica em supercomputadores do Cluster Científico de Viena e da TU Graz para calcular como as moléculas de ftalocianina se comportam quando irradiadas com luz infravermelha circularmente polarizada. O que aconteceu foi que as ondas de luz polarizadas circularmente, isto é, torcidas helicoidalmente, excitam duas vibrações moleculares ao mesmo tempo, formando ângulos retos entre si. “Como todo casal que dança rumba sabe, a combinação certa de frente-trás e esquerda-direita cria um pequeno circuito fechado. E esse movimento circular de cada núcleo atômico afetado na verdade cria um campo magnético, mas apenas muito localmente, com dimensões no alcance de alguns nanômetros”, diz Andreas Hauser.

Moléculas como circuitos em computadores quânticos

Ao manipular seletivamente a luz infravermelha, é ainda possível controlar a força e a direção do campo magnético, explica Andreas Hauser. Isso transformaria as moléculas em interruptores ópticos de alta precisão, que talvez também pudessem ser usados ​​para construir circuitos para um computador quântico.

Experimentos como próximo passo

Juntamente com colegas do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Graz e uma equipe da Universidade de Graz, Andreas Hauser quer agora provar experimentalmente que os campos magnéticos moleculares podem ser gerados de forma controlada. “Para comprovação, mas também para aplicações futuras, a molécula de ftalocianina precisa ser colocada sobre uma superfície. No entanto, isso altera as condições físicas, que por sua vez influenciam a excitação induzida pela luz e as características do campo magnético”, explica Andreas Hauser. . “Queremos, portanto, encontrar um material de suporte que tenha impacto mínimo no mecanismo desejado”. Numa próxima etapa, o físico e seus colegas querem calcular as interações entre as ftalocianinas depositadas, o material de suporte e a luz infravermelha antes de colocar à prova em experimentos as variantes mais promissoras.

Esta pesquisa está ancorada na Área de Atuação” Ciência Avançada de Materiais “, um dos cinco focos estratégicos da TU Graz.

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