Descoberto ímã em escala atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/05/2017

As camadas do material soltam-se facilmente com a ajuda de uma fita adesiva - as esferas laranja representam os átomos de telúrio, amarelas são germânio e azuis são cromo. [Imagem: Zhenglu Li/Berkeley Lab]

Ferromagnetismo bidimensional

Cientistas dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, descobriram uma propriedade magnética inesperada em um material bidimensional.

Esse novo ímã plano e atomicamente fino deverá ter grandes implicações para uma ampla gama de aplicações, como memórias em nanoescala, sensores magnéticos e dispositivos spintrônicos, já que o material é também um semicondutor.

"Esta é uma descoberta incrível, [que] abre as portas para explorarmos a física do spin e aplicações spintrônicas em poucas dimensões," disse o professor Xiang Zhang, cuja equipe recentemente fez demonstrações práticas da eletrônica em escala atômica.

Magnetismo em escala atômica

O material é um cristal de van der Waals 2-D, parte de uma classe de materiais cujas camadas atômicas são tão "soltas" que podem ser descascadas uma por uma com fita adesiva.

O que ninguém esperava é que essas camadas individuais possuíssem um ferromagnetismo intrínseco.

Na verdade, a descoberta esclarece uma questão de longa data na física quântica - sobre se o magnetismo sobrevive quando os materiais são miniaturizados até se tornarem bidimensionais. Há meio século, a resposta mais aceita pelos cientistas se baseia no teorema de Mermin-Wagner, que afirma que, como os materiais 2-D carecem de anisotropia magnética - um alinhamento direcional dos spins dos elétrons no material - eles não poderão ter ordem magnética.

"Curiosamente, descobrimos que a anisotropia magnética é uma propriedade inerente do material 2-D que estudamos, e devido a essa característica nós conseguimos detectar o ferromagnetismo intrínseco," disse Cheng Gong, principal autor da descoberta.

Cristais de Van der Waals

As forças de Van der Waals são forças intermoleculares de atração que não emergem das ligações covalentes ou iônicas típicas que mantêm as moléculas coesas - são elas que permitem que as lagartixas andem pelas paredes, por exemplo.

Por decorrência, cristais de Van der Waals são materiais em que as camadas atômicas não estão ligadas umas às outras através de ligações químicas tradicionais, o que permite que elas sejam facilmente esfoliadas com uma fita adesiva - foi assim que nasceu o grafeno, o mais conhecido cristal de Van der Waals, que valeu o Prêmio Nobel de Física em 2010.

Cheng Gong estima que, para este estudo, ele descascou mais de 3.000 flocos de telureto de cromo-germânio (CGT, ou Cr₂Ge₂Te₆). Embora o CGT seja conhecido há décadas, os pesquisadores afirmam que seus flocos em 2D poderão representar uma nova família de cristais de van der Waals com largas aplicações tecnológicas.

• Grafeno é apenas o começo no universo dos materiais unidimensionais

Bibliografia:

Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals
Cheng Gong, Lin Li, Zhenglu Li, Huiwen Ji, Alex Stern, Yang Xia, Ting Cao, Wei Bao, Chenzhe Wang, Yuan Wang, Z. Q. Qiu, R. J. Cava, Steven G. Louie, Jing Xia, Xiang Zhang
Nature
DOI: 10.1038/nature22060