Em laboratório, IA lê padrões magnéticos em ímanes ultrafinos

Sobre um íman com apenas algumas camadas atómicas, um sensor de diamante regista um mapa do campo magnético, e o próprio íman permanece invisível. Foi este o problema que uma equipa da Universidade de Viena se propôs resolver. Os microscópios modernos medem o campo no exterior do material, e não o padrão no seu interior, e muitos padrões internos diferentes podem produzir o mesmo campo externo. Deduzir a estrutura a partir do exterior tem sido há muito um desafio. Num estudo publicado na Physical Review Letters, o grupo de Viena, com colegas de Dresden, Singapura e Ulsan, descreve um método que reconstrói a estrutura oculta e calcula também a distância ao sensor.

O truque é deixar de adivinhar. A equipa, liderada por Claas Abert, combina a aprendizagem automática com as leis do magnetismo. O algoritmo avalia possíveis padrões magnéticos e mantém aquele que minimiza a energia física do material enquanto corresponde ao campo medido. «Deixamos que a energia física do íman decida qual é a solução realista», afirma Abert. Os padrões que violam leis físicas básicas são excluídos automaticamente. A mesma lógica aplica-se à altura do sensor. Os campos magnéticos enfraquecem rapidamente com a distância, pelo que um pequeno erro nessa altura distorce o padrão reconstruído. O software resolve, por isso, o padrão e a altura em simultâneo, e encontra uma distância de 81 nanómetros.

O método foi testado com medições feitas no Instituto Max Planck de Física Química dos Sólidos, em Dresden. As amostras, de um íman ultrafino chamado Fe₃₋ₓGaTe₂, foram sintetizadas na Universidade Nacional de Singapura. O sensor era um dispositivo de diamante baseado num defeito atómico conhecido como centro de vacância de azoto, situado a algumas dezenas de nanómetros acima da camada magnética. «Nas experiências, a altura exata do sensor costuma ser desconhecida», afirma Uri Vool, líder de grupo em Dresden. «Extrair a distância diretamente da medição magnética elimina uma importante fonte de erro.»

Para os investigadores de materiais, o ganho imediato é um mapa mais fiável, obtido sem conhecer previamente a altura do sensor. A abordagem assenta na energia do estado magnético e não no próprio sensor de diamante, pelo que a equipa considera que o mesmo princípio pode ser adaptado a outras técnicas de imagem magnética. O cálculo da energia usa o NeuralMag, um pacote de micromagnetismo de código aberto desenvolvido em Viena, e o código de reconstrução também está disponível gratuitamente. Setescak espera que outros laboratórios apliquem a estrutura às suas próprias medições. A equipa já prepara o passo seguinte, alargar a abordagem à imagiologia tridimensional por raios X de nanoestruturas magnéticas complexas. O estudo não avança qualquer calendário para utilização industrial.

Os limites são claros. Os resultados provêm de medições laboratoriais feitas num único tipo de íman ultrafino e com um tipo de sensor. O estudo não demonstra um dispositivo em funcionamento, e os objetivos referidos, computadores mais rápidos e armazenamento de dados, continuam a ser metas. O que o trabalho muda é a fiabilidade do mapa que os cientistas usam para conceber esses materiais, e o seu valor dependerá de outros grupos o reproduzirem com as suas próprias medições.