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Um novo material magnético descoberto na Universidade de Tohoku pode gerar ondas terahertz com intensidade significativamente maior, oferecendo um salto potencial em várias tecnologias, desde imagens médicas até segurança. Crédito: SciTechDaily.com
Posicionadas entre as microondas e a luz infravermelha, as ondas terahertz são fundamentais para avanços pioneiros em tecnologias de imagem e diagnóstico. Uma descoberta recente na Universidade de Tohoku de um material que pode emitir essas ondas com mais intensidade promete catalisar avanços significativos em um espectro de indústrias.
As ondas Terahertz estão sendo intensamente estudadas por pesquisadores de todo o mundo que buscam compreender a “lacuna do terahertz”. As ondas Terahertz têm uma frequência específica que as coloca em algum lugar entre as microondas e a luz infravermelha. Esta faixa é chamada de “lacuna” porque ainda há muito desconhecido sobre essas ondas. Na verdade, foi apenas há relativamente pouco tempo que os investigadores conseguiram desenvolver a tecnologia para os gerar. Pesquisadores da Universidade de Tohoku nos aproximaram da compreensão dessas ondas e do preenchimento dessa lacuna de conhecimento.
Avanço na geração de ondas Terahertz
Pesquisadores do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais (WPI-AIMR) e da Escola de Pós-Graduação em Engenharia descobriram um novo material magnético que gera ondas terahertz com uma intensidade cerca de quatro vezes maior do que a dos materiais magnéticos típicos.
Aproveitando os recursos exclusivos das ondas terahertz, espera-se que esta tecnologia seja usada em uma variedade de campos industriais, incluindo imagens, diagnósticos médicos, inspeção de segurança e biotecnologia. O professor assistente Ruma Mandal (WPI-AIMR) explica: “As ondas Terahertz têm baixa fóton energias e ao contrário dos raios X, eles não emitem radiação ionizante. Portanto, se forem usados para imagens de pacientes ou microscópios, podem ser menos prejudiciais aos tecidos ou amostras.”
(a) Ímã de Weyl: diagrama esquemático de um cristal de liga Heusler de cobalto-manganês-gálio (Co2MnGa). (b) Ondas terahertz induzidas pela luz. Crédito: Shigemi Mizukami
Aumentando a emissão de Terahertz com ímãs Weyl
Com essas aplicações em mente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tohoku teve como objetivo desenvolver um emissor de ondas terahertz eficiente, compacto, robusto e econômico. Foi demonstrado que os ímãs Weyl – um tipo de material topológico – geram um enorme efeito Hall anômalo que os torna adequados para gerar ondas terahertz. Neste estudo, amostras de filme fino de cristal único de um ímã Weyl feito de um ímã Heusler de cobalto-manganês-gálio Liga foram preparados e estudados sob várias condições.
(a) Ondas terahertz foto-induzidas geradas a partir do ímã de Weyl: filme fino de liga Heusler de cobalto-manganês-gálio (Co2MnGa) observado neste estudo. (b) Efeito Hall anômalo observado na amostra de filme fino correspondente. Crédito: Shigemi Mizukami
O futuro da pesquisa de ondas Terahertz
Verificou-se que o efeito Hall anômalo gigante originado da estrutura eletrônica topológica exclusiva dos ímãs de Weyl melhorou as ondas terahertz foto-induzidas. Esta conquista aprofundará nossa compreensão da interação da luz e do spin nos ímãs de Weyl.
“Embora a intensidade das ondas terahertz geradas ainda seja menor do que a dos emissores terahertz de excitação de spin desenvolvidos até o momento”, diz o professor Shigemi Mizukami, “a estrutura é mais simples e metais pesados caros, como a platina, não são mais necessários”.
Mandal e seus colegas conseguiram demonstrar experimentalmente a capacidade desse material magnético de produzir ondas terahertz, para que possa ser usado em dispositivos spintrônicos e outras aplicações importantes. Tal descoberta num campo emergente poderia moldar o futuro das tecnologias da próxima geração.
Este trabalho foi publicado em Materiais NPG Ásia em 7 de junho de 2024.
Referência: “Emissão de terahertz influenciada topologicamente em Co2 MnGa com um grande efeito Hall anômalo” por Ruma Mandal, Ren Momma, Kazuaki Ishibashi, Satoshi Iihama, Kazuya Suzuki e Shigemi Mizukami, 7 de junho de 2024, Materiais NPG Ásia.
DOI: 10.1038/s41427-024-00545-9
