Uma equipe de pesquisa internacional fez uma importante descoberta ao observar os polarons de Jahn-Teller, quasipartículas que podem desempenhar um papel crucial em futuros dispositivos spintrônicos ultrarrápidos. Os polarons foram identificados no cristal de óxido de cobalto, ativado por pulsos de laser cuidadosamente ajustados.

A exposição do cristal de óxido de cobalto a esses pulsos de laser induz distorções locais específicas na rede cristalina, impactando significativamente suas propriedades estruturais, elétricas e magnéticas. As abordagens experimentais usadas para desvendar essas propriedades inesperadas foram realizadas por um grande grupo de cientistas de instituições renomadas, incluindo a Universidade de Pavia (Itália), o Instituto Federal de Tecnologia de Lausanne, o Instituto Paul Scherrer (Suíça), a Universidade do Texas em Austin, o MIT e a Universidade Northeastern (EUA). A descrição teórica do fenômeno foi desenvolvida por físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia.

O óxido de cobalto (Co₃O₄) possui uma fórmula química simples, mas sua célula unitária é composta por 56 átomos, sendo 24 de cobalto e 32 de oxigênio. Os íons de cobalto podem apresentar dois estados de oxidação dependendo de sua posição na célula unitária, o que confere uma rica estrutura eletrônica e magnética ao material, tornando-o atraente para aplicações em spintrônica.

O impacto dos pulsos de laser

Os experimentos realizados envolveram uma camada fina de óxido de cobalto, de apenas 27 nanômetros de espessura, excitada por um pulso de laser. A análise teórica revelou que, ao ser atingido por luz azul, um elétron pode saltar de um íon de oxigênio para um íon de cobalto, resultando em uma distorção da rede e na formação de um polaron de Jahn-Teller.

“Essa forma de engenharia local das propriedades eletrônicas e estruturais pode ser obtida em um material utilizando pulsos de laser ultrarrápidos”, afirma o professor Przemyslaw Piekarz, do IFJ PAN. A ativação dos polarons de Jahn-Teller em óxido de cobalto representa uma nova possibilidade para o controle ultrarrápido das respostas materiais, com potencial para o desenvolvimento de dispositivos lógicos e de memória mais rápidos que os circuitos eletrônicos atuais.