Criado primeiro meio-metal 2D do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/07/2025

Somente elétrons com uma direção de spin específica (indicada como vermelho/azul) podem ser encontrados na chamada superfície de Fermi e, portanto, contribuem ativamente para o transporte de carga.
[Imagem: Xin Liang Tan/Forschungszentrum Jülich]

Meio-metal

Cientistas criaram o primeiro meio-metal bidimensional prático, um material que conduz eletricidade usando elétrons de apenas um tipo de spin: "spin para cima" ou "spin para baixo".

O spin é uma propriedade magnética de partículas como o elétron, que pode ser vista como um minúsculo ímã que gira numa direção ou noutra. Assim como a carga magnética do elétron permitiu a criação da eletrônica, o spin está viabilizando o surgimento da spintrônica, uma tecnologia da informação de última geração que utiliza tanto a carga quanto o spin dos elétrons para armazenamento e processamento de dados - na eletrônica convencional, apenas a carga do elétron é utilizada.

Os meio-metais são essenciais para a spintrônica porque, ao contrário dos metais tradicionais, os meio-metais permitem a passagem de apenas uma orientação de spin. Isso os torna candidatos ideais conduzir e filtrar os spins.

Assim, a síntese experimental do meio-metal representa um marco na busca por materiais que permitam o desenvolvimento de uma spintrônica energeticamente eficiente, que vá além da eletrônica convencional.

Já se conheciam casos especiais de meio-metais, mas todos só funcionam em temperaturas criogênicas e perdem suas propriedades especiais na superfície, limitando seu uso prático. Assim, a solução apontava para um meio-metal 2D, com apenas uma camada atômica de espessura, onde não há uma distinção clara entre superfície e interior. Os teóricos diziam ser possível, mas ninguém até agora havia conseguido sintetizar um.

O novo material não apenas rompe com todas as limitações, tornando-se o primeiro meio-metal 2D do mundo, como também é totalmente funcional a temperatura ambiente.

Meio-metal 2D

Xin Tan e colegas do Centro de Pesquisas Julich, na Alemanha, sintetizaram o meio-metal bidimensional na forma de uma liga ultrafina de ferro e paládio, com apenas dois átomos de espessura, depositada sobre um cristal puro de paládio.

Utilizando uma técnica de imagem de última geração, chamada microscopia de momento com resolução de spin, a equipe demonstrou experimentalmente que a liga permite a condução seletiva de apenas um tipo de spin, confirmando a tão almejada semimetalicidade bidimensional.

"Notavelmente, o material não requer uma estrutura cristalina perfeita, o que é uma grande vantagem para a fabricação no mundo real. Suas propriedades eletrônicas especiais podem ser sintonizadas com precisão ajustando o teor de ferro," detalhou Tan.

A descoberta também derruba a antiga suposição de que o acoplamento spin-órbita - uma interação entre o spin de um elétron e seu movimento - impede a semimetalicidade. "Em vez disso, quando cuidadosamente equilibrado com a troca magnética dos átomos de ferro, o acoplamento spin-órbita ajuda a possibilitar o efeito, como pudemos demonstrar," disse a professora Ying-Jiun Chen.

Usos

O novo material pode servir de base para componentes spintrônicos, como filtros de spin e sistemas de torque spin-órbita, cruciais para a comutação de estados magnéticos em chips de memória. Como opera à temperatura ambiente e se integra bem com a tecnologia de filmes finos, a liga oferece um caminho promissor para aplicações práticas.

Além disso, o material apresenta uma característica rara: Sua polarização de spin ocorre na direção oposta à magnetização, um fenômeno que pode abrir caminho para novas funcionalidades em componentes magnéticos em nanoescala.

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