Um novo ímã prometeu memória 1.000 vezes mais rápida. Quão perto estamos?

Tipos de magnetismo

Existem dois tipos de ímã. Ou era o que pensávamos. O primeiro você conhece: o ímã de geladeira gruda, e a bússola aponta ao norte. O segundo foi descrito nos anos 1930 e não gruda em nada.

Seus átomos são magnetizados por dentro, mas por fora ele não parece ímã. Em 2024, experimentos confirmaram que alguns desses materiais silenciosos são de um terceiro tipo. Físicos o chamam de altermagnetismo: um padrão magnético oculto que muda com a direção no cristal. Em julho de 2026, os três físicos que o definiram ganharam o Prêmio Europhysics.

Alguns vídeos já prometem eletrônica mil vezes mais rápida. O número de mil vezes aparece num comunicado universitário, mas é projeção, não medição. Então, o que é esse terceiro ímã, por que demorou tanto a receber um nome e quão perto está de ser útil?

O magnetismo vem dos elétrons

O magnetismo de que falamos vem sobretudo dos elétrons. Cada elétron age como um minúsculo ímã, ligado a uma propriedade quântica chamada spin. Na maioria dos materiais, esses ímãs apontam para todo lado e se cancelam. No ferro, alinham-se na mesma direção em inúmeros átomos.

Esses átomos somam um campo que você sente, e o material é um ferromagneto. Físicos observam que ferromagnetos são conhecidos há vários milhares de anos. Imagine um campo esportivo cheio de pessoas, todas voltadas para o norte. Das arquibancadas, você veria uma multidão voltada para um lado.

Dentro de um ferromagneto, ocorre algo mais: elétrons de spin para cima e para baixo terminam com energias diferentes. Físicos chamam isso de separação de spin. É também por isso que ímãs podem ser lidos com eletricidade: num dispositivo em camadas, mudar o alinhamento de duas camadas magnéticas altera a resistência elétrica. Guarde duas características: um campo que chega ao exterior e energias eletrônicas separadas por spin.

O terceiro ímã mantém uma e abre mão da outra.

A ordem oculta de Néel

Em sua tese de 1932, o físico francês Louis Néel propôs algo diferente. Ímãs atômicos vizinhos poderiam apontar em direções opostas. Em 1936, descreveu um cristal com dois grupos entrelaçados de átomos, um para cima e outro para baixo. Os grupos se cancelam, então a magnetização total é zero.

Isso é antiferromagnetismo. Pense num tabuleiro de damas: casas pretas e brancas se alternam e, de longe, parecem cinzas. Nêutrons, que carregam minúsculos ímãs, deram aos físicos uma forma direta de ver essa ordem oculta. Ernest Wollan iniciou experimentos com nêutrons no Reator de Grafite de Oak Ridge em 1944, e Clifford Shull juntou-se a ele em 1946.

Em 1949, Shull e seu colega Smart lançaram nêutrons contra óxido de manganês. Encontraram novos picos de difração de um padrão magnético que se repete ao dobro da distância em cada eixo do cristal. O tabuleiro de damas oculto era real. Louis Néel dividiu o Prêmio Nobel de Física de 1970 por trabalhos sobre antiferromagnetismo e ferrimagnetismo.

Ferrimagnetismo é um caso relacionado em que ímãs atômicos opostos têm tamanhos diferentes, deixando alguma magnetização. Portanto, a rigor, nunca houve apenas dois tipos de ímãs. Também existem espirais, estados vítreos congelados em que ímãs atômicos ficam presos numa bagunça e outros padrões de orientação. Mas, para ímãs cujos átomos apontam diretamente para cima ou para baixo, os livros mantiveram uma divisão simples.

Todos alinhados formam um ferromagneto. Alternados e cancelados formam um antiferromagneto. Em sua palestra do Nobel, Néel chamou os antiferromagnetos de extremamente interessantes em teoria, mas disse que não pareciam ter aplicações. Durante décadas, isso pareceu correto.

Silencioso, mas difícil de ler

Então o armazenamento magnético decolou. Em 1988, Albert Fert e Peter Grünberg descobriram independentemente a magnetorresistência gigante. Ela transforma mudanças magnéticas mínimas em diferenças de resistência elétrica. Em 1997, chegaram as primeiras cabeças leitoras de disco rígido usando-a; a descoberta rendeu o Nobel de Física de 2007.

Chips de memória magnética, chamados MRAM, também armazenam bits como ímãs, e os dados permanecem sem energia. Mas um bit ferromagnético traz um problema embutido. Seu campo vaza como campo disperso, então bits muito próximos podem perturbar-se. Um antiferromagneto quase não tem campo disperso, eliminando uma forma de bits vizinhos se perturbarem.

Num teste, campos de até 12 tesla, unidade de intensidade de campo magnético e mais de mil vezes o campo de um ímã de geladeira, não perturbaram bits de memória antiferromagnéticos. Antiferromagnetos também podem ser mais rápidos. Em 2018, gravaram dados numa memória de cobre, manganês e arsênio com pulsos de 250 picossegundos,

cada um durou um quarto de bilionésimo de segundo, até 4 gigahertz: 4 bilhões de ciclos por segundo. Depois, usou pulsos de terahertz: luz oscilando um trilhão de vezes por segundo por cerca de um picossegundo, ou um trilionésimo de segundo. Segundo eles, a comutação comparável em ferromagnetos mal passava de 5 gigahertz. Eles estimaram que, comparado ao antiferromagneto deles, um ferromagneto levado a velocidades de terahertz

precisaria de cerca de 100 vezes a corrente na mesma área e aproximadamente 1.000 vezes a energia. Assim, antiferromagnetos são estáveis, compactos e rápidos. Mas é mais difícil obter deles um sinal elétrico forte. O físico Libor Šmejkal chamou a magnetização de "inimiga", além de propriedade útil.

Antiferromagnetos permitem leitura elétrica, mas sem a forte separação de spin necessária aos dispositivos ferromagnéticos. São silenciosos o bastante para reduzir interferência magnética entre bits próximos, mas mais difíceis de ler e controlar. Engenheiros queriam um ímã silencioso como um antiferromagneto, com elétrons legíveis como num ferromagneto.

A rotação que faltava

Em janeiro de 2019, Šmejkal, Jairo Sinova, Tomáš Jungwirth e seu colega González-Hernández publicaram uma previsão sobre alguns antiferromagnetos. Eles argumentaram que alguns ímãs, mesmo com minúsculos ímãs atômicos cancelados, poderiam gerar sinal Hall: uma tensão no material, perpendicular à corrente, geralmente associada a ferromagnetos.

Em 2022, Šmejkal, Sinova e Jungwirth, trabalhando em Mainz, Alemanha, e Praga, República Tcheca, publicaram uma classificação completa. Classificaram por simetria materiais de momentos atômicos cancelados: quais movimentos preservam o padrão? Que movimento transforma átomos apontados para cima em átomos apontados para baixo? Num antiferromagneto comum, deslocamento de um passo ou inversão pelo centro mapeia átomos para cima nos de baixo.

E esse movimento também precisa encaixar nos átomos ao redor. Na nova classe, deslocamento ou inversão não basta; alinhar vizinhos exige rotação. A equipe propôs o nome altermagnetismo. A Science News usou uma imagem artística: se um antiferromagneto é um tabuleiro de xadrez, um altermagneto

parece uma tesselação de M. C. Escher, com formas entrelaçadas sem espaços. As peças vizinhas não só mudam de cor, mas também giram. O átomo magnético não gira; seu entorno, sim. Cada átomo magnético fica numa pequena gaiola de vizinhos, como oxigênio ou telúrio.

Num altermagneto, a gaiola do átomo para cima aponta numa direção; a do átomo para baixo está girada. Eles escreveram que o altermagnetismo pode ocorrer em cristais de elementos leves comuns.

Elétrons separados pela direção

Essa gaiola girada muda o movimento dos elétrons. Num altermagneto, elétrons de spin para cima e para baixo têm energias diferentes, como no ferromagneto. Mas a diferença depende da direção do elétron e troca de sinal quando ela gira. Imagine, para simplificar, um cruzamento de quatro vias.

Na estrada norte-sul, elétrons com spin para cima ficam na faixa rápida. Na estrada leste-oeste, os de spin para baixo ficam nela. No cristal, momentos magnéticos opostos continuam se cancelando, sem campo externo. Mas, neste exemplo, uma corrente numa estrada pode favorecer um spin.

Essa alternância de sinal explica o nome altermagnetismo. Nos casos simples, o padrão lembra um trevo de quatro folhas, comparado pelos autores a supercondutores de onda d, cujo emparelhamento eletrônico tem quatro lóbulos semelhantes. O efeito não exige acoplamento spin-órbita, ligação entre spin e movimento mais forte em átomos pesados.

Nos cálculos do dióxido de rutênio, a separação chegou a cerca de 1 elétron-volt em certas direções. Na comparação de 2022, isso era cerca de dez vezes a maior separação relativística em cristais maciços, sólidos, não camadas finas, com elementos pesados. Um elétron-volt é uma unidade minúscula de energia, mas muita para elétrons num cristal.

Então vieram os testes. Em fevereiro de 2024, uma equipe internacional mediu telureto de manganês, MnTe, produzido na Swiss Light Source do Instituto Paul Scherrer. O MnTe era há muito classificado como antiferromagneto comum.

Eles usaram fotoemissão resolvida em spin, que expulsa elétrons com luz e mede energia, direção e spin. A separação estava presente, e o resultado saiu na Nature. Um grupo da Universidade de Tohoku, no Japão, mediu no MnTe até 0,8 elétron-volt de separação em certas direções. O MnTe mantém a ordem magnética até trezentos e sete kelvin, cerca de trinta e quatro graus Celsius.

Em março de 2024, uma equipe de Mainz relatou a separação em filmes finos, camadas muito finas, de antimoneto de cromo, bom condutor feito de cromo e antimônio, ou CrSb. Em 2025, outra equipe mapeou a separação no CrSb em três dimensões. Ela chegou a cerca de 1,0 elétron-volt, perto das energias dos elétrons que conduzem corrente.

O CrSb permanece ordenado até cerca de setecentos e cinco kelvin, aproximadamente quatrocentos e trinta graus Celsius. Seu padrão, mais complexo que um trevo e com mais lóbulos, é chamado pelos físicos de onda g. Mais tarde, em 2024, equipe liderada pela Universidade de Nottingham registrou imagens de MnTe com raios X no laboratório MAX IV, na Suécia. Num filme de 30 nanômetros, milhares de vezes mais fino que um fio de cabelo, a cerca de menos 173 graus Celsius,

eles viram vórtices e antivórtices, padrões que giram em direções opostas. Ao dar forma ao filme ou resfriá-lo num campo magnético, criaram as configurações desejadas. Peter Wadley descreveu isso como "um antiferromagnetismo com uma torção". Segundo a Universidade de Mainz, a Science incluiu o altermagnetismo entre os avanços de 2024.

Uma correção: o MnTe não é perfeitamente cancelado. Ele mantém uma magnetização residual minúscula: cerca de um milésimo da intensidade magnética de um elétron por átomo de manganês. É pouco, mas pesquisadores podem usá-la para controlar a ordem magnética.

Escondido na gaveta

Tomáš Jungwirth disse que o altermagnetismo existe "em muitos cristais que as pessoas simplesmente tinham nas gavetas". Uma estimativa de banco de dados publicada pela Science News contou duzentos e trinta e dois candidatos a altermagnetos. São mais que os 193 candidatos a ferromagnetos, mas muito menos que os 827 antiferromagnetos. Jairo Sinova falou de uma fase magnética, um estado magnético distinto, que "permaneceu oculta por mais de 100 anos".

É uma boa manchete, mas não toda a história. Um artigo de 2020, de Zunger, Rashba e colegas, remonta a teoria da separação magnética por spin a Pekar e Rashba, em 1964. Em agosto de 2019, os físicos japoneses Hayami, Yanagi e Kusunose mostraram que alguns antiferromagnetos podem separar elétrons por spin sem acoplamento spin-órbita.

Em dezembro de 2019, o grupo de Zunger previu separações de até cerca de 300 milielétron-volts, cerca de um terço de um elétron-volt, no fluoreto de manganês, feito de manganês e flúor, também sem acoplamento spin-órbita. O fluoreto de manganês só se ordena abaixo de sessenta e sete kelvin, cerca de menos duzentos e seis graus Celsius. Paolo Radaelli, de Oxford, observou que autores usam definições um pouco diferentes de altermagnetismo.

Ele também apontou que o piezomagnetismo, no qual apertar ou esticar um cristal muda sua magnetização, é conhecido desde os anos 1950. Ele atribui a Šmejkal e colegas a criação do termo. Ainda assim, o teórico Igor Mazin disse à Science News que, de algum modo, "ninguém pensou nessa possibilidade". As peças existiam havia décadas, espalhadas por artigos.

A equipe de Mainz e Praga acrescentou classificação completa por simetria, um nome e previsões que orientaram experimentos. Segundo o instituto, a teoria inicial recebeu mais de 1.000 citações só em 2025. Em julho de 2026, a Sociedade Europeia de Física deu a Šmejkal, Sinova e Jungwirth o Prêmio Europhysics pela descoberta do altermagnetismo.

O sonho da memória

Por que isso importaria fora do laboratório? Porque muita memória já é magnética. Em 2019, a Samsung anunciou produção em massa de MRAM integrada a chips num processo de 28 nanômetros. Afirmou que a gravação era cerca de 1.000 vezes mais rápida que a flash incorporada, e os dados permaneciam sem energia.

Em dois mil e vinte e um, a Everspin disse que seu chip MRAM de duzentos e cinquenta e seis quilobits foi projetado para a propulsão principal do carro elétrico Lucid Air. Os 1.000 vezes da Samsung comparam dois tipos de memória existentes. Isso não tem relação com altermagnetos. Um altermagneto promete as duas metades dessa lista de desejos.

Seus elétrons são separados pelo spin, como num ferromagneto; em princípio, pode ser lido com eletricidade. Sua magnetização líquida é quase zero, como num antiferromagneto; os bits poderiam ficar próximos sem vazar campos. O instituto diz que essa fase "pode remover as limitações de escalabilidade dos ferromagnetos", os limites para compactar bits. O comunicado de Nottingham foi além: trocar componentes poderia elevar a velocidade mil vezes.

É projeção para componentes futuros, não velocidade medida. A escrita em terahertz de 2018 ocorreu em antiferromagneto comum, não em altermagneto. Como veremos, os primeiros experimentos de comutação em altermagnetos são recentes; um chip de memória ainda está longe.

O caminho ainda é longo

Então, onde está a tecnologia? A base de uma célula MRAM é uma junção de túnel magnético. São duas camadas magnéticas, separadas por um isolante tão fino que quase não deixa corrente passar. A resistência muda quando as camadas apontam na mesma direção ou em direções opostas.

Essa mudança se chama magnetorresistência de tunelamento, ou TMR. Na MRAM ferromagnética, a TMR pode chegar a centenas de por cento. Em junho de 2025, a UNIST da Coreia do Sul anunciou uma junção de túnel construída sobre dióxido de rutênio, RuO2, e interpretou o sinal como altermagnetismo.

As outras camadas eram dióxido de titânio e o ferromagneto cobalto-ferro-boro. A TMR chegou a cerca de cinco por cento a dez kelvin, ou menos duzentos e sessenta e três graus Celsius. Acima de 50 kelvin, quase desapareceu. Uma revisão de 2025 de Jungwirth e colegas prevê magnetorresistência de tunelamento

em altermagnetos comparável à dos ferromagnetos. É previsão, não medição. O segundo problema é o próprio material. O dióxido de rutênio foi o exemplo mais famoso no início.

No início de 2024, equipe alemã do DESY usou microscópio de momento que mapeia energias e direções dos elétrons. Relatou ruptura característica na simetria de reversão temporal: o padrão eletrônico muda se o tempo correr para trás. Mas, naquele ano, múons, partículas de vida curta e minúsculas sondas magnéticas, e nêutrons não encontraram ordem magnética detectável nos cristais e filmes testados.

Em 2026, medições em cristais maciços não encontraram ordem, enquanto filmes de apenas 2 nanômetros, esticados ou comprimidos pelo cristal onde cresceram, mostraram direções magnéticas padronizadas. Revisão de 2026: estado fundamental do dióxido de rutênio, seu arranjo magnético de menor energia, "continua em debate". O sinal da junção é uma medição real, mas ainda se discute se mostra altermagnetismo.

Por isso, o vídeo se apoia em MnTe e CrSb. O terceiro problema é a comutação. Uma memória precisa inverter bits sob comando e mantê-los no lugar. A revisão chama controlar domínios magnéticos, regiões de mesma direção, de "pré-requisito fundamental".

Um experimento anterior em óxido de ferro e túlio reorientou a ordem temporariamente; sem energia, ela não permanecia. Aqui o CrSb começou a mostrar resultados. Em fevereiro de 2025, uma equipe publicou na Nature que correntes elétricas podiam comutar a ordem altermagnética em filmes de CrSb, que também davam um sinal Hall legível à temperatura ambiente.

Em agosto de 2026, outra equipe relatou poder ler a ordem no antimoneto de cromo e comutá-la para um estado escolhido num dispositivo em camadas que também continha ditelureto de platina, feito de platina e telúrio. Eles escreveram que isso poderia "abrir caminho para uma memória altermagnética escalável". Há boas notícias sobre a temperatura.

MnTe, CrSb e dois novos compostos de vanádio permanecem ordenados acima da temperatura ambiente. O quadro geral é este. A física está confirmada em vários materiais. Há ordem à temperatura ambiente, e já se relataram primeiros experimentos de leitura e comutação elétrica.

Falta uma célula de memória à temperatura ambiente que comute eletricamente e produza uma leitura tão forte quanto a MRAM atual, quanto mais um chip competitivo.

Mais de dois

Volte ao ímã de geladeira. Todos conhecem esse ímã, o mais barulhento. Nessa contagem, ímãs de momentos cancelados superam ferromagnetos em mais de cinco para um. Por quase um século, classificamos a maioria desses ímãs silenciosos num único título.

Alguns organizaram elétrons em faixas o tempo todo. Ninguém precisou inventar material novo para encontrá-los. O MnTe já estava na gaveta. Mudou a pergunta dos físicos sobre simetria.

Ainda não sabemos se isso mudará a memória dos seus dispositivos. Novos experimentos dirão até onde esses materiais chegam. Por enquanto, há mais de dois tipos de ímãs, e ainda tentamos organizá-los.