Ex-ministro de C&T resenha livro de pesquisador emérito do CBPF sobre magnetismo

Sergio Machado Rezende, professor titular do Departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco e ex-ministro de Ciência e Tecnologia (2005-2010), resenhou, a convite do Núcleo de Comunicação Social, a segunda edição de livro sobre nanomagnetismo de Alberto Passos Guimarães Filho, pesquisador emérito do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, no Rio de Janeiro (RJ).

A palavra magnetismo está associada ao fenômeno pelo qual um ente tem o poder de atrair e influenciar outro ente. Sua origem está ligada ao nome de uma cidade da região da Turquia antiga, Magnésia, rica em minério de ferro. O termo surgiu na Antiguidade, associado à propriedade que têm um fragmento de ferro de ser atraído pela magnetita, mineral encontrado na natureza, de composição química Fe ₃ O ₄ .

Os fenômenos magnéticos despertaram a curiosidade dos humanos sobre o interior da matéria. Os primeiros relatos de experiências com a ‘força misteriosa’ da magnetita (o ímã natural) são atribuídos aos gregos e datam de 800 a.C. A primeira utilização prática do magnetismo foi a bússola, inventada pelos chineses na Antiguidade.

Baseada na propriedade de uma agulha magnetizada em se orientar na direção do campo magnético terrestre, a bússola foi importante instrumento para a navegação no início da era moderna. É sobre esse fenômeno o primeiro livro de física do qual temos conhecimento, De Magnete , escrito pelo filósofo natural e médico inglês William Gilbert (1544-1603), publicado, em latim, em 1600.

Os fenômenos magnéticos ganharam uma dimensão muito maior a partir do século 19, com a descoberta de sua correlação com a eletricidade. Na década de 1820, Hans Christian Oersted (1777-1851), na Dinamarca, e André-Marie Ampère (1775-1836), na França, descobriram que uma corrente elétrica passando por um fio também produzia efeito magnético, mudando a orientação da agulha de uma bússola nas proximidades. Pouco depois, em 1831, Michael Faraday (1791-1867), na Inglaterra, e Joseph Henry (1797-1878), nos EUA, descobriram que um fluxo magnético variável podia induzir uma corrente elétrica num circuito.

No final do século 19, esses três fenômenos eram perfeitamente compreendidos e já tinham inúmeras aplicações tecnológicas, das quais o motor e o gerador elétrico eram as mais importantes.

As aplicações

Foi no século passado, com o desenvolvimento da física quântica ‒ teoria que lida com os fenômenos das dimensões atômicas e subatômicas ‒, que a origem do magnetismo dos materiais foi compreendida. As propriedades magnéticas das substâncias se devem a uma propriedade intrínseca dos elétrons, o spin , ao qual também está associado um momento magnético.

Nos átomos mais comuns, o spin total é nulo, pois os elétrons ocupam os orbitais satisfazendo o princípio de Pauli: ora com o spin num sentido, ora no outro. Entretanto, para certos elementos da tabela periódica, o spin total é diferente de zero, fazendo com que o átomo tenha um momento magnético permanente. Esse é o caso dos elementos do grupo de transição do ferro, como níquel, manganês, ferro e cobalto, bem como vários elementos dos chamados terras raras, como európio, gadolínio etc.

Os materiais formados por esses elementos ou suas ligas têm propriedades que possibilitam suas aplicações tecnológicas. Atualmente, os materiais magnéticos desempenham papel muito importante nas aplicações tecnológicas do magnetismo.

Nas aplicações tradicionais, como em motores, geradores, transformadores etc, eles são utilizados em duas categorias: i) ímãs permanentes, que têm a propriedade de criar um campo magnético em suas vizinhanças; ii) materiais doces (ou permeáveis), que produzem um campo proporcional à corrente num fio neles enrolado, muito maior ao que seria criado apenas pela corrente.

A terceira aplicação tradicional dos materiais magnéticos ‒ a qual adquiriu grande importância nas últimas décadas ‒ é a gravação magnética. Esta é baseada na propriedade que certos materiais têm em reter a magnetização produzida por um cabeçote de gravação, que contém a informação de um sinal elétrico. A recuperação (ou a leitura) da informação gravada é feita, tradicionalmente, através da indução de uma corrente elétrica na bobina do cabeçote de leitura pelo meio magnético em movimento.

Permanente evolução

Mas não é apenas por sua importância tecnológica que os materiais magnéticos concentram hoje intensa atividade de pesquisa no mundo inteiro. O magnetismo dos materiais é um dos campos de pesquisa básica mais férteis e mais ativos da física, dada à imensa diversidade de suas propriedades e dos fenômenos que neles são observados. O já clássico livro de Alberto Passos Guimarães, Magnetism and magnetic resonance in solids (Wiley, 1998) [em português, Magnetismo e ressonância magnética em sólidos , Edusp, 2009, 1ª ed.], apresenta com muita clareza os fundamentos do magnetismo e as principais propriedades e fenômenos magnéticos nos materiais sólidos, como eram conhecidos até a década de 1990.

Ocorre que essa área da física e da tecnologia está em permanente evolução. Desde então, a pesquisa em materiais magnéticos ganhou grande impulso por conta de descobertas feitas em estruturas artificiais de filmes muito finos, cujas dimensões físicas estão na escala nanométrica.

A descoberta da magnetorresistência gigante ‒ anunciada, em 1988, pelo francês Albert Fert e o alemão Peter Grünberg, vencedores do Prêmio Nobel de Física em 2007, e pelo brasileiro Mario Baibich ‒ acelerou as pesquisas em novas áreas do magnetismo, como o nanomagnetismo e a spintrônica. Como ocorre em novas áreas de pesquisa, logo são publicados livros com capítulos escritos por diferentes especialistas na área. É o caso da coleção Ultrathin Magnetic Structures [Estruturas magnéticas ultrafinas], com quatro volumes editados por Anthony Bland (1958-2007) e Bret Heinrich (Springer 2005).

Motivo de orgulho

Esses livros são muito úteis para os pesquisadores da área, mas são de leitura difícil para estudantes e novatos na área. Foi mirando esse público que Guimarães escreveu a primeira edição do livro Principles of nanomagnetism , publicado pela Springer em 2009.

Entretanto, como escreve Chia-Ling Chien, professor titular da Universidade Johns Hopkins (EUA), no prefácio da segunda edição, a rapidez do avanço nessa área do magnetismo é tão grande que logo o livro de Alberto passou a ter lacunas importantes. É o caso da dinâmica de skyrmions em filmes ultrafinos; efeitos de corrente pura de spin e de torque de spin ; efeito Seebeck de spin , entre outros.

A segunda edição do Principles of nanomagnetism vem em boa hora, pois esses tópicos ‒ e vários outros que não eram conhecidos ou que estavam na sua infância em 2009 ‒ são agora apresentados de forma clara e didática. Como os outros livros de Alberto, Magnetism and magnetic resonance in solids (Wiley, 1998) e From loadstone to superparamagnets: understanding magnetic phenomena (Wiley, 2005) [em português, A pedra com alma ‒ a fascinante história do magnetismo , Civilização Brasileira, 2011], esta nova edição do Principles of Nanomagnetism é motivo de orgulho para a comunidade brasileira de física.

Sergio Machado Rezende

Professor titular de física,

UFPE

Serviço:

Título: Principles of nanomagnetism

Autor: Alberto Passos Guimarães Filho

Edição: 2ª edição

Editora: Springer

Ano: 2017

Preço médio: US$ 180 (capa dura) e Kindle (US$ 130)