Nos laboratórios da Universidade de Ciências de Tóquio e da Universidade de Tohoku, os cientistas descobriram uma referência simples, mas confiável, para prever as propriedades magnéticas de ligas complexas. O tamanho da célula estrutural repetida do cristal revelou-se mais preciso do que a habitual concentração de elétrons para distinguir diferentes tipos de magnetismo em materiais aparentados aos quasicristais.
Os pesquisadores estudaram cristais aproximantes do tipo Tsai — estruturas com aglomerados atômicos aninhados que reproduzem características dos verdadeiros quasicristais. Em compostos contendo ouro com alumínio ou gálio e elementos de terras raras (térbio, disprósio, hólmio), o comportamento magnético dependia do parâmetro de rede — a distância entre os nós atômicos repetidos.
Com um valor superior a 14,72 ângstrom, surgia um estado antiferromagnético «vórtice»: os momentos magnéticos dos átomos se organizavam numa configuração ordenada, mas de orientação oposta. Num intervalo estreito de 14,62–14,72 ângstrom, aparecia um ferromagnetismo de vórtice com magnetização global. Abaixo desse limiar, o material passava para um estado de vidro de spin — um congelamento caótico dos momentos sem ordem de longo alcance.
Antes, os cientistas orientavam-se principalmente pelo número de elétrons de valência por átomo. Esse indicador funcionava de forma instável quando a composição química mudava. O novo critério estrutural forneceu um diagrama de fases unificado, que agora serve como mapa prático para a busca e a criação de materiais com propriedades magnéticas desejadas.
A descoberta é importante não apenas para a física fundamental. Ela abre caminho para o design direcionado de materiais quânticos, nos quais estados magnéticos incomuns podem se tornar a base de futuros dispositivos — de sensores a elementos de computação quântica. A menor alteração nas dimensões do «quarto» atômico muda radicalmente o comportamento de todo um «coletivo» de átomos.
Os resultados foram publicados no Journal of the American Chemical Society e já são considerados uma referência confiável para a busca sistemática de novos quasicristais magnéticos e de seus aproximantes.
