Nanotecnologia

Ímãs 2D trazem novas esperanças tecnológicas

Ímãs 2D trazem novas esperanças tecnológicas
Vista de cima da camada atômica de tri-iodeto de cromo. Os átomos de cromo estão em cinza, e os de iodo em roxo.[Imagem: Efren Navarro-Moratalla]

Ímã 2D

Embora o grafeno seja seu representante mais famoso, a classe dos materiais bidimensionais (2D), formados por camadas atômicas individuais, já conta com uma multiplicidade de outros "enos".

A classe já conta com membros metálicos, semicondutores, isolantes e até supercondutores. Mas, até recentemente, faltava uma das propriedades mais afeitas à tecnologia atual: o magnetismo.

Bevin Huang e seus colegas da Universidade de Washington e do MIT descobriram agora o magnetismo sustentado em uma camada atômica de cromo e iodo (CrI3) - o material é um ferroelétrico, o que significa que os spins dos seus elétrons se alinham na mesma direção mesmo sem um campo magnético externo.

O magnetismo em uma camada atômica traz novas expectativas para a miniaturização dos chips e para a descoberta de novos fenômenos físicos.

Monocamadas e heteroestruturas

Curiosamente, basta empilhar duas camadas atômicas de CrI3 para que o magnetismo desapareça. Isto indica que os spins dos elétrons ficam alinhados de forma oposta uns ao outros, um fenômeno conhecido como antiferromagnetismo - a equipe terá que fazer mais estudos para tentar entender porque isso acontece, mas o interessante mesmo é quando se analisa as camadas individuais.

"As camadas 2D individuais oferecem oportunidades interessantes para estudar o drástico e preciso controle elétrico das propriedades magnéticas, o que tem sido um desafio para realizar usando seus cristais sólidos 3-D. Mas uma oportunidade ainda maior pode surgir quando você empilha monocamadas com diferentes propriedades físicas. Aí, você pode obter fenômenos ainda mais exóticos, não vistos na monocamada sozinha ou no cristal em bruto 3-D," disse o professor Xiaodong Xu, cuja equipe também foi responsável por identificar o semicondutor mais fino possível, em 2014.

Esses fenômenos ainda mais "exóticos" geralmente surgem nas interfaces entre os materiais - é nessas interfaces que estão praticamente todos os segredos da eletrônica moderna. Quando os materiais isoladamente têm propriedades distintas, seu conjunto é conhecido como heteroestrutura.

Ímãs 2D trazem novas esperanças tecnológicas
Vista lateral do material 2D magnético com a indicação (setas) do alinhamento dos spins. [Imagem: Efren Navarro-Moratalla]

"As heteroestruturas apresentam o maior potencial de viabilizar novas aplicações em computação, armazenamento de dados, comunicações e outras aplicações que ainda nem conseguimos vislumbrar," disse Xu.

Segundo?

Embora a equipe afirme que capturou "o primeiro sinal definitivo de ferromagnetismo intrínseco em uma monocamada isolada", há poucas semanas uma equipe dos Laboratórios Berkeley havia publicado uma pesquisa documentando o magnetismo em escala atômica, em um material diferente, o telureto de cromo-germânio (CGT, ou Cr2Ge2Te6).

Bibliografia:

Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit
Bevin Huang, Genevieve Clark, Efrén Navarro-Moratalla, Dahlia R. Klein, Ran Cheng, Kyle L. Seyler, Ding Zhong, Emma Schmidgall, Michael A. McGuire, David H. Cobden, Wang Yao, Di Xiao, Pablo Jarillo-Herrero, Xiaodong Xu
Nature
Vol.: 546 (7657): 270
DOI: 10.1038/nature22391




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