Uma fatia de material com a espessura de um corpúsculo está quebrando recordes.

O wafer ultrafino é um ímã que opera em temperatura envolvente e abre caminho para o desenvolvimento de tecnologia, mormente dispositivos de memória, e para pesquisas em ferromagnetismo e física quântica.

É um grande progresso em relação às tentativas anteriores de fazer um ímã 2D, que perderam seu magnetismo e firmeza ao serem removidos de condições ultra-frias.

“Somos os primeiros a fabricar um ímã 2D em temperatura envolvente que é quimicamente sólido em condições ambientais”, disse o pesquisador de materiais Jie Yao da Universidade da Califórnia em Berkeley.

“Magnetos 2D de última geração precisam de temperaturas muito baixas para operar. Mas, por razões práticas, um data center deve operar em temperatura envolvente. Nosso magneto 2D não é exclusivamente o primeiro a operar em temperatura envolvente ou superior, mas é também o primeiro ímã a atingir o verdadeiro limite 2D: é tão fino quanto um único corpúsculo! “

Este incrível sucesso foi feito com um material chamado óxido de zinco dopado com cobalto van der Waals. porquê o próprio nome sugere, ele é criado combinando gráfico óxido, zinco e cobalto. O óxido de grafeno é imerso em acetatos de di-hidrato de zinco e cobalto, cujas proporções são cuidadosamente medidas.

Quando cozida a vácuo, essa mistura é lentamente resfriada em uma única classe de óxido de zinco intercalada com átomos de cobalto, intercalados entre camadas de grafeno. Uma lanço de decocção no ar queima o grafeno, deixando a única classe de óxido de zinco dopado com cobalto.

A equipe portanto usou microscopia eletrônica de varredura para confirmar a espessura de um corpúsculo na estrutura e microscopia eletrônica de transmissão para imaginar a estrutura e formação cristalina, corpúsculo por corpúsculo.

Ilustração do acoplamento magnético do material. (Berkeley Laboratories)

O filme 2D resultante era magnético, mas exatamente o magnetismo dependia da quantidade de cobalto disperso entre o óxido de zinco. tapume de 5 a 6 por cento, o magnetismo era muito fraco. Dobrado em tapume de 12%, o material se tornou bastante magnético.

A 15%, o material era tão fortemente magnético que as torções localizadas dentro do material começaram a competir entre si, uma requisito conhecida porquê frustração. Isso pode impedir a ordem magnética dentro de um sistema, portanto parece que tapume de 12% é o ponto ideal do cobalto.

Curiosamente, o filme permaneceu magnética e quimicamente sólido não exclusivamente à temperatura envolvente, mas até temperaturas de tapume de 100 graus Celsius (212 graus Fahrenheit), embora o óxido de zinco não seja um ferromagnético material.

“Nosso sistema magnético 2D mostra um mecanismo dissemelhante em verificação com os ímãs 2D anteriores,” disse Rui Chen, pesquisador de materiais e primeiro responsável do estudo da UC Berkeley. “E acreditamos que esse mecanismo único se deve aos elétrons livres do óxido de zinco.”

Os elétrons são, entre outras coisas, muito pequenos ímãs. Cada elétron tem um pólo magnético setentrião e sul e seu próprio pequeno campo magnético. Na maioria dos materiais, as orientações magnéticas dos elétrons são canceladas, mas nos materiais ferromagnéticos, os elétrons são agrupados. em domínios onde todos eles têm a mesma orientação magnética. Em um material magnético, todos os domínios são orientados na mesma direção.

Elétrons livres são aqueles que não estão ligados ao núcleo de um corpúsculo. Os pesquisadores acreditam que os elétrons livres do óxido de zinco podem funcionar porquê intermediários que mantêm os átomos magnéticos de cobalto no filme orientados na mesma direção, mesmo em altas temperaturas.

É certamente um pouco que precisa de mais pesquisas, mormente porque pode furar muitos novos caminhos para o desenvolvimento de tecnologia e pesquisa. O filme em si é maleável e sua fabricação é escalonável, o que significa que as possibilidades são deslumbrantes.

Uma maneira é estudar as interações magnéticas entre os átomos, o que tem implicações para a física quântica. Outra é a spintrônica, o estudo da rotação dos elétrons. Também pode ser usado para fazer dispositivos de memória leves e flexíveis, que dependem da mudança da orientação do campo magnético para codificar dados binários.

Análises e cálculos futuros ajudarão a entender melhor as limitações do material.

“Nossos resultados são ainda melhores do que esperávamos, o que é realmente empolgante. Na maioria das vezes, na ciência, os experimentos podem ser muito difíceis.” Yao disse. “Mas quando você finalmente percebe um pouco novo, é sempre muito satisfatório.”

A pesquisa foi publicada em Comunicações sobre a natureza.

Este item foi reescrito, traduzido de uma publicação em inglês. Clique cá para acessar a material original (em inglês)!