O maravilhoso mundo do nanomagnetismo

Danielle Kiffer

Fotos: Divulgação

Mário Reis (em pé, à esq.) e a equipe que desenvolve pesquisas sobre          nanomagnetismo: estudos e testes para impulsionar a nanociência

Já pensou em um supercomputador, com mídias de gravação que podem ser menores do que um grão de arroz, e ainda assim capaz de executar, em segundos, operações que computadores comuns levariam milhares de anos para fazer? É o que propõe a gravação magnética em escala molecular e a computação quântica. Este computador ainda não existe e, de acordo com o físico Mário Reis, pesquisador da Universidade Federal Fluminense (UFF) e Jovem Cientista do Nosso Estado, da FAPERJ, provavelmente não estaremos vivos quando for criado. Entretanto, estudos para viabilizá-lo futuramente estão em constante progresso, bem como outros projetos não menos interessantes. Essas novidades　poderão se tornar possíveis com a utilização do nanomagnetismo e do magnetismo molecular, uma vertente da nanociência.

Para impulsionar a pesquisa nesse campo, Reis hoje lidera o projeto "Rede de Jovens Pesquisadores em Nanomateriais", que recebeu subsídios da FAPERJ por meio do edital de Apoio a Núcleos Emergentes de Pesquisa no Estado do Rio de Janeiro (Pronem). Desde 2011, um grupo de professores – com seus estudantes de iniciação científica, pós-graduação (mestrado e doutorado) e pós-doutorandos de diversas instituições, como a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) – forma uma rede de colaboração científica de jovens pesquisadores para fazer avançar os estudos sobre nanomagnetismo e magnetismo molecular, realizando pesquisas em vários laboratórios, incluindo o Laboratório de Magnetismo em Baixas Temperaturas, do Instituto de Física da UFF. "Com a ajuda da FAPERJ, reformamos todo o laboratório e adquirimos equipamentos essenciais para o desenvolvimento de pesquisas. Com isso, estamos despertando nos alunos o interesse pela nanociência. Desde que começamos　o projeto, o número de interessados em participar das pesquisas aumentou significativamente", explica o físico, que tem diversos artigos publicados no tema em importantes revistas científicas.

Entre os equipamentos adquiridos para o laboratório, está o Physical Properties Measurement System (PPMS) – Sistema de Medidas de Propriedades Físicas –, capaz de produzir um campo magnético de 9 T (Tesla). "O campo da Terra, que possibilita orientar uma agulha de bússola, é de aproximadamente 0,0001 T. Com o PPMS,　podemos produzir um campo cerca de 100 mil vezes maior do que o do nosso planeta. Além disso, com auxílio de um refrigerador especial, este equipamento pode funcionar em temperaturas extremamente baixas, próximas ao zero absoluto, a cerca de -273 �C", acrescenta Reis. Com o equipamento produzindo tais condições de temperatura e campo magnético, é possível medir e determinar as propriedades físicas – térmicas, magnéticas e elétricas – de nanomateriais.

Uma linha de pesquisa desenvolvida pela rede refere-se ao efeito magnetocalórico, em que os materiais magnéticos têm capacidade de aumentar ou diminuir de temperatura quando submetidos a um campo magnético externo. "Estamos estudando os melhores nanomateriais para construir o protótipo de um microrrefrigerador magnético que poderá, a princípio, ser utilizado em dispositivos eletrônicos de médio porte", conta o físico. Segundo Reis, houve um avanço significativo na tecnologia de refrigeração e talvez em alguns anos haja, em escala comercial, um refrigerador magnético mais eficiente que os atuais e livres de gases nocivos à camada de ozônio, como os CFCs.

Contudo, outras aplicações de nanomateriais magnéticos ainda não têm previsão ou ainda vão demorar muito a se concretizar. Uma delas diz respeito ao tratamento para o câncer. Encapsulados em polímeros biocompatíveis, nanomateriais magnéticos podem ser injetados no tumor. Em seguida, uma onda eletromagnética de radiofrequência é aplicada no local para que as nanopartículas aqueçam. "O aquecimento das nanoestruturas no interior do tumor faz com que ele, pouco a pouco, vá diminuindo e até desapareça. Entretanto, esse é um estudo que envolve diversas áreas do conhecimento, desde o magnetismo, em que atuamos, até a medicina, e sua utilização em larga escala para aplicação em humanos ainda　pode demorar", descreve o físico.

Outra linha de pesquisa conduzida pela rede explora os fundamentos físicos de um supercomputador baseado em efeitos quânticos e gravação magnética molecular, que poderá ter o tamanho superreduzido de mídias de gravação e uma capacidade de processamento difícil até de se imaginar nos dias atuais. "Esta é outra maravilha que os nanomateriais magnéticos podem trazer para a sociedade no futuro. As pesquisas que levam, por exemplo, a esta supervelocidade de processamento estão associadas aos estados emaranhados do sistema físico,　propriedade presente em sistemas formados por diminutas entidades quânticas, como átomos, elétrons ou partículas de luz", explica o físico. No caso da rede, o foco das pesquisas são moléculas magnéticas em escala subnanométrica. "Essa propriedade possibilita uma nova forma de transmissão instantânea de informação entre dois pontos do espaço, sem que haja troca de energia ou de matéria. Isso quer dizer que dois átomos podem se influenciar mutuamente, mesmo que separados por distâncias astronômicas. É esse emaranhamento que garantirá a extraordinária velocidade　dos futuros computadores quânticos, que prometem resolver, em segundos, tarefas que os computadores comuns levariam milhares de anos para fazer", descreve Reis. E acrescenta: "O emaranhamento, que o mais famoso físico de todos os tempos, Albert Einstein, descreveu como sendo uma ‘fantasmagórica ação　a distância’ ainda desafia e desafiará, por muito tempo, os físicos."