O documento discute os fenômenos magnéticos e suas aplicações tecnológicas. Aborda a história do entendimento do magnetismo desde a Antiguidade até os dias atuais, quando a física quântica permitiu compreender os fenômenos em nível atômico. Também descreve as três principais categorias de aplicação de materiais magnéticos e como o ciclo de histerese determina suas propriedades. A gravação magnética é destacada como uma aplicação importante.

1. F Í S FI ÍC SA I C A
O que motores elétricos,
discos rígidos de
computador, televisores,
carros, fitas de
videocassete e cartões
de créditos têm em
comum? Resposta:
materiais magnéticos.
Presentes em inúmeros
utensílios da vida
moderna – o famoso
‘ímã de geladeira’
talvez seja o caso mais
emblemático –, esses
materiais, por sua
Os fenômenos magnéticos foram, talvez, os primeiros a despertar
importância e
a curiosidade da humanidade sobre o interior da
complexidade, fazem matéria. Os mais antigos relatos de experiências
com que as pesquisas com a ‘força misteriosa’ da magnetita (Fe3O4), o
ímã natural, são atribuídos aos gregos e datam de
sobre magnetismo sejam
800 a.C. A primeira utilização prática do magne-
intensas na atualidade, tismo foi a bússola, inventada pelos chineses na
com grandes avanços dinastia Han, em 200 d.C., e baseada na proprie-
dade que uma agulha magnetizada tem de se ori-
nas últimas duas
entar na direção do campo magnético terrestre. A
décadas. Neste artigo, bússola foi empregada em navegação pelos chine-
o leitor vai ser atraído ses em 900 d.C., mas só foi descoberta e usada
pelo mundo ocidental a partir do século 15.
para o vasto campo das
Os fenômenos magnéticos ganharam uma di-
aplicações dos materiais mensão muito maior quatro séculos mais tarde,
magnéticos, cujo mercado com a descoberta de sua relação com a eletricida-
de através dos trabalhos do dinamarquês Hans
atual movimenta cifras
Christian Oersted (1777-1851), do francês André
que chegam a centenas Marie Ampère (1775-1836), do inglês Michael
de bilhões de dólares. Faraday (1791-1867) e do norte-americano Joseph
Henry (1797-1878), para citar alguns poucos exem-
plos. No final do século 19, diversos fenômenos já
eram compreendidos e tinham inúmeras aplica-
Marcelo Knobel ções tecnológicas, das quais o motor e o gerador
Instituto de Física Gleb Wataghin, elétrico eram as mais importantes.
Universidade Estadual Apesar de séculos e séculos de investigações, o
de Campinas (SP) magnetismo em nível microscópico só foi compre-
18 • CIÊNCIA HOJE • vol. 36 • nº 215

2. F Í S FI ÍC SA I C A
Três categorias
Nas aplicações tradicionais, como em motores, ge-
radores e transformadores, os materiais magnéti-
cos são utilizados em três categorias principais:
como ímãs permanentes – que têm a propriedade
de criar um campo magnético constante – e como
materiais magnéticos doces (ou permeáveis), que
são magnetizados e desmagnetizados com facilida-
endido na primeira metade do século passado, após de e produzem um campo magnético muito maior
o advento da física quântica, que nasceu em 1900, ao que seria criado apenas por uma corrente enro-
com a hipótese do físico alemão Max Planck (1858- lada na forma de espira.
1947) dos quanta de energia, ou seja, a de que, na Sobre a terceira grande categoria de aplicação,
natureza, a energia é gerada e absorvida em dimi- a chamada gravação magnética, vale a pena se
nutos pacotes – os quanta – e não como um fluxo estender um pouco mais, pois ela adquiriu grande
contínuo, como se imaginava até então. Posterior- importância nas últimas décadas. Essa aplicação é
mente, essa idéia levou ao desenvolvimento da baseada na propriedade que o cabeçote de grava-
chamada física quântica – teoria para os fenôme- ção tem de gerar um campo magnético em respos-
nos do diminuto universo das entidades atômicas ta a uma corrente elétrica. Com esse campo, é
e moleculares – através dos trabalhos do físico possível alterar o estado de magnetização de um
alemão Albert Einstein (1879-1955), do dinamar- meio magnético próximo, o que possibilita arma-
quês Niels Bohr (1885-1962), do alemão Werner zenar nele a informação contida no sinal elétrico.
Heisenberg (1901-1976), do britânico Paul Dirac A recuperação (ou a leitura) da informação gra-
(1902-1984), entre outros. vada é realizada pelo processo inverso, denominado
O século passado testemunhou um avanço im- indução. Ou seja, a mídia magnetizada e em movi-
pressionante no entendimento do fenômeno do mento sobre o cabeçote de leitura induz nele uma
magnetismo, e, conseqüentemente, suas aplicações corrente elétrica. Hoje, além do fenômeno de indu-
se multiplicaram e foram substancialmente apri- ção, também são utilizados novos materiais estru-
moradas. Apesar desses avanços, ainda há muitas turados artificialmente, formados por multicamadas
coisas por compreender. magnéticas conhecidas como ‘válvulas de spin’.
maio de 2005 • CIÊNCIA HOJE • 19

3. F Í S I C A
ADAPTADO DE HYPER PHYSICS
M Ms
Magnetização de saturação
MR Magnetização do material
Magnetização remanente
HC
Coercividade
H
Intensidade do
campo magnético
aplicado
Magnetização nula Magnetização nula
Magnetização de saturação
no sentido oposto
Figura 1. O ciclo de histerese de um material magnético é obtido ao aplicar sobre ele um campo magnético e medir
sua resposta (magnetização). O campo inicialmente é nulo e é aumentado gradativamente (linha tracejada), até o
material não mudar mais sua magnetização com a aplicação de campo (magnetização de saturação). Depois, ele é
reduzido até atingir o valor nulo novamente. Entretanto, após a aplicação do campo, geralmente o valor da
magnetização não é o mesmo da magnetização inicial, sendo chamada magnetização remanente (MR) ou simples-
mente remanência. O sentido do campo é, então, invertido e vai sendo aumentado mais uma vez. O campo reverso
necessário para fazer com que a magnetização retorne ao valor nulo é conhecido como campo coercivo ou coercividade
(Hc). O campo continua sendo aumentado até, novamente, o material alcançar o valor de saturação no sentido in-
verso. O campo é posteriormente reduzido e invertido novamente, até fechar o ciclo
A gravação magnética é essencial para o funciona- netização relativamente baixa depois desse pro-
mento de gravadores de som e de vídeo, bem como cesso. Já as ligas de samário e cobalto (Sm-Co), por
de inúmeros equipamentos acionados por cartões exemplo, precisam de campos muito intensos pa-
magnéticos, como os caixas eletrônicos de banco. ra ser totalmente magnetizadas, mas retêm muita
magnetização quando o campo é desligado.
O ciclo de histerese
Um bom ímã
No século passado, ocorreu uma verdadeira revo-
lução na compreensão das propriedades fundamen- Os ímãs permanentes são dispositivos usados para
tais dos materiais magnéticos. Com isso, tornou-se criar um campo magnético estável em uma dada
possível a produção de ligas cada vez melhores do região do espaço, sendo a mais antiga aplicação
ponto de vista das aplicações. dos materiais magnéticos. Eles têm um papel
O que determina o enquadramento nas três importante na tecnologia moderna, sendo ampla-
categorias descritas acima é o ciclo de histerese do mente usados em dispositivos eletromagnéticos
material. Esse ciclo é representado pelo gráfico da (motores, geradores etc.), dispositivos acústicos
magnetização M do material em função do campo (alto-falantes, fones, agulhas magnéticas etc.), equi-
magnético externo aplicado H (figura 1). Em ou- pamentos médicos (sistemas de ressonância mag-
tras palavras, o ciclo de histerese mostra o quanto nética nuclear, marca-passos etc.), instrumentos
um material se magnetiza sob a influência de um científicos, entre outros. Como exemplo, a figura 2
campo magnético e o quanto de magnetização per- mostra a quantidade de ímãs que são utilizados
manece nele depois que esse campo é desligado. em um carro moderno.
Por exemplo, o ferro se magnetiza com um campo Como os ímãs são usados essencialmente para
externo de baixa intensidade, mantendo uma mag- armazenar energia, seu mérito é definido como a
20 • CIÊNCIA HOJE • vol. 36 • nº 215

4. F Í S I C A
máxima energia magnética armazenada por uni-
dade de volume. Essa grandeza – denominada pro- A descoberta recente
duto energético máximo (BHmax) – corresponde à
As ligas denominadas alnico foram descobertas
área do maior retângulo que pode ser inscrito no
em 1930 e são constituídas de ferro (Fe), níquel
segundo quadrante (superior, à esquerda) do ciclo
(Ni) e cobalto (Co) e dotadas de pequenas quanti-
de histerese, mostrado na figura 1.
ADAPTADO DE DRIVING FORCE: THE NATURAL MAGIC OF MANAGNETS, DE JAMES D. LIVINGSTON. HARVARD UNIVERSITY PRESS (BOSTON, EUA, 1997)
dades de alumínio (Al), cobre (Cu) e titânio (Ti) –
Geralmente, um bom ímã é aquele que retém
a palavra alnico vem da aglutinação das siglas dos
uma magnetização elevada depois que foi subme-
elementos químicos alumínio, níquel e cobalto.
tido a um campo magnético externo – preferen-
Essas ligas permitiram a fabricação de ímãs com
cialmente, de baixa intensidade. Os físicos deno-
produto energético de até 43 mil joules por metro
minam coercividade o valor do campo magnético
cúbico de liga (BHmax = 43 kJ/m3).
externo necessário para desmagnetizar um ímã.
Outro material muito importante dessa classe é
Assim, quanto maior a coercividade, melhor será
a liga de samário e cobalto (Sm-Co), que foi des-
o ímã permanente, pois isso indica que ele se
coberta no início da década de 1960 e que possi-
desmagnetizará com mais dificuldade. Já a cha-
bilitou o surgimento, na década seguinte, de ímãs
mada magnetização remanente – ou, simplesmen-
comercialmente disponíveis com produto energé-
te, remanência – indica o quanto um material re-
tico em torno de 150 kJ/m3. Como conseqüência do
tém de magnetização, depois de ser submetido a
enorme progresso da tecnologia de materiais mag-
um campo magnético externo.
néticos, tivemos a descoberta recente, em 1983, de
Portanto, quanto mais largo e mais alto for o
novos ímãs de neodímio, ferro e boro (Nd-Fe-B),
ciclo de histerese, melhor será o ímã permanente,
cujo produto energético é de 300 kJ/m3.
pois ele terá coercividade e magnetização rema-
Com essa crescente evolução, centenas de apli-
nente elevadas. Alguns materiais, mesmo quando
cações tecnológicas – em especial, motores e alto-
o campo magnético aplicado sobre eles é pratica-
falantes – tiveram – e ainda têm – drástica redução
mente nulo, permanecem com magnetização ele-
de peso e tamanho, bem como grande aumento na
vada, gerando um campo magnético apreciável em
eficiência. O mercado mundial de materiais mag-
torno deles. Esse é o caso dos ímãs convencionais
néticos duros (ou permanentes) é da ordem de
que conhecemos – um dos exemplos são os chama-
US$ 1 bilhão ao ano, mas o mercado dos bens que
dos ‘ímãs de geladeira’, atualmente muito empre-
deles dependem é dezenas de vezes mais elevado.
gados no campo da publicidade.
Figura 2. Diversos ímãs
(materiais magnéticos duros)
utilizados em um carro moderno
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5. F Í S I C A
CEDIDO PELO AUTOR
Campo magnético
Mídia magnética gerado pelo
em movimento pulso elétrico
Filme antiferromagnético
Cobalto
Cobre
Níquel e ferro
Contato
Entrada do
pulso elétrico
Cabeçote indutivo Cabeçote magnetorresistivo
Figura 3. Ilustração de um processo de gravação e leitura magnética, utilizando, comparativamente, um cabeçote
indutivo convencional (à esquerda) e um cabeçote magnetorresistivo com tecnologia moderna. Para gravar uma in-
formação, ambos os sistemas contêm um cabeçote indutivo, onde um pulso elétrico, contendo a informação a ser
gravada, é transformado em campo magnético, que, por sua vez, altera a magnetização da mídia. No caso conven-
cional, a leitura é feita pelo mesmo cabeçote, transformando em sinais elétricos os campos magnéticos variáveis
que são detectados. Já nos sistemas mais modernos, existe o segundo cabeçote, baseado no princípio da magne-
torresistência, que é muito mais sensível para detectar uma região magnetizada – ou seja, a informação gravada –,
pois esta causa nele uma alteração de sua resistência elétrica. O processo pelo qual funciona o cabeçote magnetor-
resistivo permite que esse dispositivo seja miniaturizado, mantendo uma ótima sensibilidade, o que leva à leitura
de áreas cada vez menores da mídia e, conseqüentemente, um aumento considerável na densidade superficial de
bits que podem ser gravados por unidade de área
Doces, suaves ou moles cobalto. Assim, cada categoria de liga encontra um
nicho de aplicação específico. É interessante notar,
Por outro lado, um ciclo de histerese muito estrei- entretanto, que, formando ligas à base de ferro e
to indica um bom material magnético doce – tam- cobalto, é possível encontrar composições com óti-
bém chamado permeável, suave ou mole. Esses mas propriedades, quando se adicionam em torno
materiais são caracterizados por uma baixa coer- de 5% de cobalto e 70% de ferro, bem como silício
cividade – ou seja, se desmagnetizam com facili- e boro. Com isso, obtêm-se os melhores magnetos
dade – e alta permeabilidade magnética – isto é, doces – ou seja, aqueles que respondem muito for-
retém uma magnetização elevada a partir de um temente à aplicação de campo magnético, manten-
campo aplicado de baixa intensidade. Bons exem- do uma coercividade muito baixa, em torno de 10
plos de materiais magnéticos doces – além de ligas vezes menor que o campo magnético terrestre.
clássicas como permalloy e mumetal – são as ligas Materiais magnéticos doces, incluindo os amor-
ferromagnéticas amorfas (materiais sem estrutura fos, são utilizados em motores, geradores e trans-
definida, como o vidro, por exemplo, só que me- formadores, economizando bilhões de dólares to-
tálicos). Essas ligas, também descobertas na déca- dos os anos, pois ajudam a diminuir perdas ener-
da de 1960, podem ser produzidas na forma de géticas na produção e distribuição de eletricidade.
fitas, fios, filmes e, mais recentemente, até como É também crescente o uso desses materiais como
estruturas maciças. sensores magnéticos, que têm um mercado estima-
Podem-se separar os materiais magnéticos do em torno de US$ 1 bilhão ao ano. Assim, como
amorfos em duas categorias: ligas à base de ferro e no caso dos ímãs permanentes, esse mercado é
ligas à base de cobalto. As primeiras podem reter multiplicado por um fator elevado, se considerar-
uma maior magnetização quando submetidas a um mos os diferentes dispositivos que dependem des-
campo magnético externo, mas perdem essa magne- ses materiais e também a economia de energia
tização a temperaturas mais baixas que as ligas de decorrente de seu uso em aplicações práticas.
22 • C I Ê N C I A H O J E • v o l . 3 6 • n º 2 1 5

6. F Í S I C A
Onde a nanotecnologia mente 9 milhões de vezes. Nos últimos anos, o
setor empresarial nessa área tem conseguido o feito
é realidade impressionante de dobrar a capacidade dos discos
rígidos a cada nove ou 10 meses. E esse feito decor-
Finalmente, há uma terceira classe, a dos mate- re de uma melhoria de todo o sistema de gravação
riais magnéticos usados em gravação magnética, e leitura, incluindo a parte mecânica, a parte eletrô-
que têm ciclos de histerese intermediários, sufi- nica e a parte de leitura e gravação.
cientemente largos para serem estáveis em uma Conforme exemplificada na situação da grava-
dada temperatura, mas nem tão estáveis para que ção magnética, a sofisticação no desenvolvimento
não seja possível magnetizá-los novamente pelo de materiais magnéticos é tanta que já podem ser
cabeçote de gravação. O mercado mundial em gra- controladas estruturas em escala nanoscópica (mi-
vação magnética é estimado em torno de US$ 100 lionésima parte do milímetro). Nessa área, a nano-
bilhões por ano e vem se expandindo a uma taxa ciência já é uma realidade, e a tecnologia está ra-
próxima a 17% ao ano. pidamente atingindo as dimensões nanométricas.
Nessa classe, estão as fitas de gravação de vídeo, As propriedades físicas dos materiais mudam
de cassete, bem como disquetes e discos rígidos de quando as dimensões típicas das estruturas envol-
computador. Esses meios são basicamente forma- vidas são da ordem dos nanômetros. É assim que
dos por um suporte físico (plástico ou alumínio) e novas propriedades, com importantes aplicações
por um filme magnético, sendo que para estes tecnológicas, aparecem nesses materiais nanoes-
usam-se, geralmente, óxidos de ferro, platina e truturados.
cromo. Para incrementar a coercividade, é adicio-
nado cobalto.
Grandes volumes de informação são armazena- Gigante da resistência
dos nessa mídia magnética na forma de bits biná-
rios de informação. Essa informação armazena-se O princípio da gravação e leitura magnética é
em pequenas regiões magnéticas, que permane- relativamente simples. Na gravação magnética con-
cem magnetizadas em um sentido – representando vencional, um cabeçote magnético indutivo é usa-
o zero – ou em outro – representando o um. Dize- do para ‘escrever’ a informação em um meio de
mos, então, que o vetor momento magnético – pode- gravação magnética (fita ou disco). Esse meio se
se imaginá-lo como uma diminuta agulha de bús- move com relação ao cabeçote, e assim os bits
sola – de cada região aponta em um sentido ou em (regiões magnetizadas em sentidos opostos) são
outro no plano do filme. O sentido desse vetor gravados ao aplicar pulsos de correntes positivas
mede-se com um cabeçote de leitura ultra-sensí- ou negativas à bobina que faz parte do cabeçote –
vel, cuja tecnologia também tem evoluído muito para nossos propósitos aqui, podemos imaginar a
nos últimos anos. bobina como um fio metálico enrolado.
Com o contínuo avanço da tecnologia e a cres- O mesmo cabeçote pode ser utilizado para ler
cente demanda do mercado, as indústrias buscam, a informação, pois o movimento das regiões mag-
cada vez mais, miniaturizar os equipamentos e au- netizadas da mídia sobre ele induz pequeníssimas
mentar a densidade de informação de um disco rí- correntes na bobina sensora. Essas correntes são
gido, isto é, aumentar a quantidade de informação detectadas após uma cuidadosa amplificação e
armazenada por unidade de área. Atinge-se esse processamento. O sinal obtido está diretamente
objetivo ao diminuir o tamanho efetivo relacionado com a velocidade
dos bits, ou seja, diminuindo a área relativa do cabeçote e com o ta-
que se mantêm magnetizada em um manho do bit (figura 3).
dado sentido, indicando 0 ou 1. E a A descoberta de um fenôme-
indústria de gravação magnética tem no que ficou conhecido como
feito isso há 40 anos, nos quais con- magnetorresistência gigante,
seguiram-se avanços significativos. em 1988, sacudiu os meios aca-
Na década de 1960, a densida- dêmicos e tecnológicos. Usando
de de gravação já atingia a ordem estruturas formadas por sanduí-
de alguns mil bits por cm2 (kbits/ ches de ferro ‘recheados’ com uma
cm2). Em 2003, alguns discos dis- camada de três átomos de cro-
poníveis no mercado já apresen- mo, os pesquisadores mediram a
tavam densidades de 5 bilhões resistência elétrica do sistema,
de bits por cm2 (Gbits/cm2), um para diferentes campos magnéti-
aumento total de aproximada- cos aplicados.
m a i o d e 2 0 0 5 • C I Ê N C I A H O J E • 23

7. F Í S I C A
mente, é a concepção da idéia. Em
MISSÃO: OTIMIZAR PROPRIEDADES seguida, surge a etapa da produção
dos materiais e, posteriormente, vem
O objetivo dos pesquisadores é da por alguns pesquisadores – co- a caracterização estrutural dos
conceber novas idéias, processos e mo os do grupo do LMBT, da Uni- nanomagnetos. Para isso, são usa-
modelos que eventualmente te- camp – é trabalhar no estágio ime- dos recursos como a microscopia ele-
nham aplicações futuras. Dado o diatamente anterior ao das aplica- trônica, a difração de raios X e a luz
número limitado de pesquisado- ções. A principal missão do grupo síncrotron – esta última é a radiação
res trabalhando na área no Brasil é aperfeiçoar as propriedades dos eletromagnética emitida por elétrons
e o envolvimento incipiente da in- nanomagnetos, a partir do entendi- energéticos em um acelerador de
dústria nacional, torna-se difícil mento de fenômenos observados. partículas. Na seqüência, os pes-
para o país competir no campo das Esse esforço exige o cumprimento quisadores, geralmente, submetem
aplicações. A alternativa encontra- de diversas fases. A primeira, obvia- os materiais a um tratamento térmi-
Figura 4. Em (A) e (B) são mostradas as dimensões em na-
A B
nômetros (nm) de nanopartículas de cobalto. Em (C), es-
tão dois ciclos de histerese obtidos para o sistema
Co0.3(SiO2)70 em baixa (azul) e alta temperatura (preto).
A curva em preto mostra a ausência de coercividade e
remanência quando o sistema se encontra no estado
superparamagnético. Em (D), uma medida de magneti-
zação em função da temperatura. O comportamento é ca-
racterístico de um sistema superparamagnético. Esses re-
sultados foram obtidos no Laboratório de Materiais e Bai-
xas Temperaturas, da Universidade Estadual de Campi-
nas (SP), e as fotografias no Laboratório de Microscopia
Eletrônica, do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron,
também em Campinas
Quando as camadas de fora, ou seja, as camadas informática, cuja sobrevivência depende de ler
ferromagnéticas (de ferro) do sanduíche estão com campos magnéticos muito pequenos nos discos
alinhamento magnético contrário um ao outro, o rígidos. Ter um efeito maior significava poder ler
dispositivo tem resistência elétrica alta. Entretan- coisas menores e com mais precisão. Assim, após
to, quando o alinhamento é paralelo – gerado pelo essa descoberta, uma nova tecnologia tem crescido
campo magnético externo –, a resistência é menor, continuamente nestes últimos anos. São os chama-
da ordem da metade (50%) da configuração ante- dos cabeçotes ativos, quase sempre baseados no
rior. A surpresa residiu no fato de que, até então, fenômeno da magnetorresistência.
uma variação máxima de cerca de 3% era conhe- Um cabeçote magnetorresistivo pode detectar
cida e, portanto, o fenômeno ganhou o adjetivo um bit de informação ao passar por ele, pois este
‘gigante’. mudaria sua resistência elétrica pela presença do
Apesar de ser uma descoberta de apenas 16 campo magnético. Além disso, os cabeçotes mag-
anos, o fenômeno, hoje, já é utilizado na enorme netorresistivos não precisam ter uma geometria
maioria dos cabeçotes de leitura dos discos rígidos complicada e podem ajudar a aumentar a densida-
de computadores (figura 3), e toda uma nova área de de informação contida nos discos magnéticos
da física, conhecida como eletrônica de spin (ou atuais, pois são capazes de ler as informações
spintrônica), tem se desenvolvido a partir dessa mesmo em maior densidade.
descoberta, que foi realizada no laboratório de
Albert Fert, em Orsay (França), e contou com a
colaboração de um pesquisador brasileiro, Mário
Baibich, atualmente pesquisador do Instituto de
Como um minúsculo ímã
Física da Universidade Federal do Rio Grande do Entre os sistemas nanoestruturados, encontram-se
Sul (UFRGS). também os conhecidos por granulares, que são
De fato, a descoberta da magnetorresistência formados por nanopartículas (NPs) magnéticas dis-
gigante rapidamente entusiasmou a indústria da persas em um meio sólido – os chamados sólidos
24 • C I Ê N C I A H O J E • v o l . 3 6 • n º 2 1 5

8. F Í S I C A
LMBT (IFGW)/LNLS/FOTO JULIANO DENARDIN
co que tem por finalidade estabili- figura 4A mostra uma fotografia A figura 4C mostra dois ciclos
zar ou otimizar suas propriedades obtida em um microscópico eletrô- de histerese obtidos para o siste-
físicas (magnéticas e elétricas). nico de transmissão referente à ma Co0,3(SiO2)70, em baixa e alta
Por fim, investigam-se essas nanoestrutura de um sistema com temperatura, onde também pode
propriedades e a conexão entre 30% de cobalto em uma matriz ser vista a ausência de coercivi-
elas. Ao realizar todo esse estudo, amorfa de óxido de silício (SiO2). A dade e remanência quando o sis-
surgem, naturalmente, comporta- fórmula para essa nanoestrutura é tema se encontra no estado super-
mentos que não podem ser expli- (Co0,3(SiO2)70). É possível obter in- paramagnético (alta temperatura).
cados. As respostas a essas dúvi- formações até sobre a cristalinida- A figura 4D apresenta uma medi-
das exigirão outras teorias e mo- de da partícula – que tem alguns da de magnetização em função
delos. E assim a ciência avança. nanômetros de diâmetro – através da temperatura. Note que, após
Um exemplo das pesquisas rea- de fotografias de alta resolução, aproximadamente 100 K, ambas
lizadas no LMBT vem a seguir. A como a da figura 4B. as curvas – uma correspondente
à amostra submetida a um campo
magnético e a outra não – se-
C D guem a mesma trajetória. Com ba-
300
se nessas curvas, é possível rea-
25K lizar diversos estudos básicos e
200 60
300K inclusive determinar a distribui-
100
40
ção de tamanhos de partículas
0 que compõem o sistema investi-
-100 gado, mesmo antes de tirar qual-
20
-200 quer fotografia através de micros-
-300
copia eletrônica.
-2 -1 0 1 2 0 0 100 200 300
granulares – ou líquido – os fluidos magnéticos. Fluidos magnéticos
Cada um desses grãos nanoscópicos pode ser
imaginado como um minúsculo ímã. Dependendo Arranjos de partículas mais controlados e mais com-
do tamanho da partícula, a direção de sua mag- plexos podem ser obtidos em solução, por reação
netização pode sofrer rotação pela elevação da química. Essas NPs podem ser manipuladas pos-
temperatura. Dizemos, então, que a partícula se teriormente para formação de arranjos mais com-
encontra no estado superparamagnético. plexos. Nesses sistemas, é possível modificar, de
Existem vários tipos de sistemas granulares de- modo preciso e independente, as propriedades in-
pendendo de sua formação. Por exemplo, os sólidos dividuais da fase nanométrica, ao mudar tanto de-
podem ser formados por partículas de ferro (Fe), talhes na síntese química quanto propriedades co-
cobalto (Co), níquel (Ni) ou ferro-silício (Fe-Si) em letivas ao incorporar as NPs em diferentes meios.
uma matriz que pode ser metálica – como prata (Ag) Em particular, para os fluidos magnéticos ou
ou cobre (Cu) –, isolante – óxido de silício (SiO2) ou ferrofluidos, existe uma grande variedade de op-
óxido de alumínio (AlO2) – ou ainda uma liga fer- ções de sua produção. Portanto, não é por acaso
romagnética amorfa. Esses são os tipos de sistemas que esses sistemas têm sido estudados com vários
que estão sendo estudados por um grupo do Labora- propósitos tanto no campo científico quanto tec-
tório de Materiais e Baixas Temperaturas (LMBT) do nológico. Entre esses estudos, o uso de fluidos mag-
Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Univer- néticos biocompatíveis como vetores de droga é
sidade Estadual de Campinas (Unicamp), no estado um exemplo muito interessante – o termo biocom-
de São Paulo (ver ‘Missão: otimizar propriedades’). patível pode ser entendido como uma substância
É importante estudar o comportamento de sis- que não causa efeitos colaterais significativos no
temas granulares para poder entender melhor seus organismo em que é introduzido.
mecanismos básicos dos processos de magnetiza- O propósito dessa linha de pesquisa é atuar
ção e, assim, tentar otimizar as aplicações em dis- diretamente sobre as células-alvo – por exemplo,
positivos. células cancerosas –, retirando-as ou destruindo-
maio de 2005 • CIÊNCIA HOJE • 25

9. F Í S I C A
EFEITO GIROMAGNÉTICO:
é sutil e dificultada por qual-
EINSTEIN COMO FÍSICO EXPERIMENTAL quer perturbação.
Vale notar que, através do
Geralmente, imaginamos um magnético em um fio perfeitamen- experimento, conhecendo di-
Einstein queimando neurônios te alinhado verticalmente, obser- versas variáveis, é possível es-
para bolar novas teorias e fór- va-se um movimento de rotação timar a constante de proporcio-
mulas complicadas, ou seja, em torno do eixo do fio – em uma nalidade entre os momentos
trabalhando como físico teóri- descrição um pouco mais técnica, magnético e angular e, a partir
co. Mas foi justamente no mag- pode-se atribuir esse efeito ao fato desse dado, obter um parâme-
netismo que Einstein realizou de o momento magnético ser dire- tro importante em magnetismo
suas poucas incursões nos do- tamente proporcional ao momento conhecido como fator g de Lan-
mínios da física experimental. angular do fio, que deve se con- dé – uma homenagem ao físico
Juntamente com o físico ho- servar; assim, ao se mudar o mo- teuto-americano Alfred Landé
landês Wander Johannes de mento magnético, muda-se também (1888-1975), que pesquisou o
Haas (1878-1960), ele publicou, o momento angular, e o fio inicia efeito giromagnético. Einstein
em 1915, a demonstração de um movimento de rotação no sen- e De Haas pensaram que ha-
um fenômeno denominado efei- tido contrário, para manter o mo- viam conseguido determinar o
to giromagnético, conhecido mento angular constante. fator g com uma precisão de
hoje como efeito Einstein-De Esse efeito já era previsto na aproximadamente 10%, mas,
Haas. época e vinha sendo perseguido na realidade, erraram em mais
Como o próprio nome indi- experimentalmente desde meados de 100%. Na época, não se co-
ca, o efeito giromagnético con- do século 19. Portanto, a obtenção nhecia a noção de spin e não
siste na rotação de um fio fer- do fenômeno mostra a habilidade havia surgido a teoria quân-
romagnético gerada ao se mo- experimental de Einstein e De Haas, tica do magnetismo. Portanto,
dificar o campo magnético apli- que tiveram que realizar um expe- qualquer experimento teria
cado sobre ele. Ou seja, ao se rimento muito cuidadoso para ob- que necessariamente discordar
aplicar ou se tirar um campo servar o fenômeno, cuja obtenção da teoria existente.
SUGESTÕES as, utilizando, para isso, fluidos magnéticos bio- útil seria na área ambiental, em que partículas
PARA LEITURA compatíveis. Isso acarretará um grande avanço no magnéticas poderiam ser utilizadas na eventuali-
tratamento de doenças que utilizam tratamento dade de um vazamento de óleo, facilitando a cole-
REZENDE, S.
‘Magnetismo em pelo método convencional, ou seja, espalhando a ta, recuperação e limpeza da área afetada.
Terra Brasilis’ in droga por todo o corpo humano. Milhares de outras aplicações poderiam ser ci-
Revista Brasileira
de Ensino de tadas, mas as mencionadas já bastam para dar
Física, vol. 22, uma idéia da importância dessa área na tecnologia
n. 3, p. 293,
2003. Aplicações promissoras de nosso dia-a-dia. E é interessante ressaltar que o
JILES, D. desenvolvimento tecnológico vem ocorrendo em
Magnetism Além das pesquisas aplicadas em indústrias conso- paralelo com pesquisas básicas, pois o magnetis-
and Magnetic
Materials lidadas, como a da gravação magnética, há outras mo é uma área da física da matéria condensada
(Chapman & Hall, sobre magnetismo e materiais magnéticos que me- com muitas questões fundamentais ainda por se-
Londres, 1991).
receriam destaque. Por exemplo, com a conexão de rem respondidas.
KNOBEL, M.
‘Os Superpoderes nanopartículas magnéticas a células cancerosas, Não se sabe ao certo aonde essas pesquisas irão
dos seria possível aplicar um campo magnético alterna- levar, mas sabe-se que, certamente, irão revolucio-
Nanomagnetos’,
in Ciência Hoje, do suficientemente forte para movimentar essas par- nar o futuro da eletrônica e da informática. Vale
abril de 2000. tículas e aquecer localmente o tumor, provocando a pena destacar que toda essa atividade de pesqui-
KNOBEL, M. e GOYA,
G. ‘Ferramentas
a eliminação do câncer sem os indesejados efeitos sa iniciou-se e teve continuidade com a presença
Magnéticas na colaterais da quimioterapia e radioterapia. importante de pesquisadores brasileiros, que têm
Escala do Átomo’ Além disso, o desenvolvimento de novos sensores contribuído enormemente para fazer dessa área
in Scientific
American Brasil, magnéticos em breve permitirá novas formas de uma das mais ativas no mundo da tecnologia,
dezembro diagnóstico, como a magnetoencefalografia, hoje apesar das enormes dificuldades de fazer pesquisa
e 2004.
proibitiva por causa de seu custo. Outra aplicação de ponta no Brasil. ■
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