Structure and magnetic stability of natural iron oxides in the vortex-state.

Os minerais magnéticos guardam registros de campos magnéticos antigos, proporcionando pistas sobre a história geológica dos planetas. Vários processos físicos e químicos geram minerais magnéticos com diferentes tamanhos de grão e morfologias, afetando diretamente
suas propriedades físicas e sua capacidade de registrar campos magnéticos.
Enquanto os grãos mono-domínio uniformemente magnetizados (single domain, SD) são bem compreendidos, as propriedades dos grãos de pseudo-mono-domínio (pseudo-single domain, PSD), que são ligeiramente maiores e magnetizados de maneira não uniforme,
permanecem pouco estudadas. Este trabalho combinou modelagem numérica, análises clássicas de magnetismo de rocha e técnicas químicas/tomográficas a partir de luz síncrotron para explorar como as características dos grãos em escala nanométrica influenciam
suas propriedades magnéticas em escala macroscópica. O foco foi dado aos carbonatos de capa neoproterozoicos da América do Sul, com o intuito de estudar o crescimento de minerais magnéticos em ambientes sedimentares. Essas rochas exibem magnetização
natural secundária com propriedades magnéticas únicas, como ciclos de histerese distorcidos e razões de histerese anômalas. Para abordar as histereses distorcidas, foi proposta uma função Gamma-Cauchy modificada para desmisturar componentes de coercividade,
correlacionando-as com diferentes populações magnéticas nas amostras. Medições magnéticas e análises químicas in-situ utilizando luz síncrotron revelaram magnetita submicrométrica associada a minerais argilosos, indicando a formação de grãos PSD devido a
processos desencadeados termicamente que ocorreram durante a formação do supercontinente Gondwana, e um resfriamento subsequente que bloqueou sua remanência. Uma vez identificados e caracterizados adequadamente os grãos PSD nas amostras estudadas, a investigação transitou da análise macroscópica para a nanoscópica. O potencial da Nano-tomografia Pticográfica Computadorizada de Raios-X (PXCT) e da modelagem
micromagnética foi então explorado ao analisar as propriedades magnéticas de grãos de maghemita micrométrica, modelando magnetofósseis gigantes do Paleoproterozoico alinhados
em uma estrutura semelhante a um magnetossomo. Este modelo demonstrou que cadeias de grãos multivórtices podem produzir magnetotaxia eficiente mesmo em intensidades de campo magnético baixas. Aplicando esses métodos às rochas carbonáticas, a PXCT identificou centenas de grãos de óxido de ferro com tamanhos e formas variadas.
Alguns grãos, particularmente aqueles próximos à transição de SD para o estado de vórtice único (SV), exibiram estados de domínio múltiplos que eram instáveis para o registro de campo a longo prazo. Além disso, certos grãos mostraram probabilidades de ocupação
de estados de domínio dependentes da temperatura, complicando a recuperação das intensidades de campos magnéticos passados. Em resumo, mostramos que técnicas avançadas de imagem e análise química, combinadas com modelos numéricos, podem desvendar uma
ampla gama de propriedades magnéticas macroscópicas. Esta metodologia versátil tem 3 o potencial de ser aplicada a diversos materiais terrestres e extraterrestres, oferecendo novas perspectivas sobre as histórias magnéticas dos planetas e de outros corpos celestes.