Os físicos da TU Graz determinaram que certas moléculas podem ser estimuladas por pulsos de luz infravermelha para gerar pequenos campos magnéticos. Se os testes experimentais também forem bem-sucedidos, esta técnica poderá ser potencialmente aplicada em circuitos de computadores quânticos.

Quando as moléculas absorvem luz infravermelha, elas começam a vibrar à medida que recebem energia. Andreas Hauser do Instituto de Física Experimental da Universidade de Tecnologia de Graz (TU Graz) usaram esse processo bem compreendido como base para explorar se essas vibrações poderiam ser aproveitadas para produzir campos magnéticos. Como os núcleos atômicos carregam carga positiva, o movimento dessas partículas carregadas resulta na criação de um campo magnético.

Usando o exemplo das ftalocianinas metálicas – moléculas de corante planas em forma de anel – Andreas Hauser e sua equipe calcularam agora que, devido à sua alta simetria, essas moléculas na verdade geram minúsculos campos magnéticos na faixa nanométrica quando pulsos infravermelhos agem sobre elas.

De acordo com os cálculos, deveria ser possível medir a intensidade do campo bastante baixa, mas localizada com muita precisão, usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear. Os pesquisadores publicaram seus resultados no Jornal da Sociedade Química Americana.

Dança circular das moléculas

Para os cálculos, a equipe baseou-se em trabalhos preliminares dos primórdios da espectroscopia a laser, alguns dos quais com décadas de existência, e usou a moderna teoria da estrutura eletrônica em supercomputadores do Cluster Científico de Viena e da TU Graz para calcular como as moléculas de ftalocianina se comportam quando irradiadas com luz infravermelha circularmente polarizada. O que aconteceu foi que as ondas de luz polarizadas circularmente, isto é, torcidas helicoidalmente, excitam duas vibrações moleculares ao mesmo tempo, formando ângulos retos entre si.

Andreas Hauser do Instituto de Física Experimental da TU Graz. Crédito: Lunghammer – TU Graz

“Como todo casal que dança rumba sabe, a combinação certa de frente-trás e esquerda-direita cria um pequeno ciclo fechado. E este movimento circular de cada núcleo atômico afetado cria, na verdade, um campo magnético, mas apenas muito localmente, com dimensões na faixa de alguns nanômetros”, diz Andreas Hauser.

Moléculas como circuitos em computadores quânticos

Ao manipular seletivamente a luz infravermelha, é ainda possível controlar a força e a direção do campo magnético, explica Andreas Hauser. Isso transformaria as moléculas em interruptores ópticos de alta precisão, que talvez também pudessem ser usados ​​para construir circuitos para um computador quântico.

Experimentos como próxima etapa

Juntamente com colegas do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Graz e uma equipe da Universidade de Graz, Andreas Hauser quer agora provar experimentalmente que os campos magnéticos moleculares podem ser gerados de forma controlada.

“Para comprovação, mas também para aplicações futuras, a molécula de ftalocianina precisa ser colocada em uma superfície. No entanto, isto altera as condições físicas, o que por sua vez influencia a excitação induzida pela luz e as características do campo magnético”, explica Andreas Hauser. “Queremos, portanto, encontrar um material de suporte que tenha impacto mínimo no mecanismo desejado.”

Na próxima etapa, o físico e seus colegas querem calcular as interações entre as ftalocianinas depositadas, o material de suporte e a luz infravermelha antes de testar em experimentos as variantes mais promissoras.

Referência: “Pseudorotação molecular em ftalocianinas como ferramenta para controle de campo magnético em nanoescala” por Raphael Wilhelmer, Matthias Diez, Johannes K. Krondorfer e Andreas W. Hauser, 14 de maio de 2024, Jornal da Sociedade Química Americana.
DOI: 10.1021/jacs.4c01915

O estudo foi financiado pelo Fundo Austríaco para a Ciência.