As transições de fase desempenham um papel importante nos materiais. Contudo, em materiais bidimensionais, o mais famoso deles é o grafeno, as transições de fase podem ser muito difíceis de estudar. Pesquisadores da Delft University of Technology e da University of Valencia desenvolveram um novo método que ajuda a resolver esse problema. Eles suspenderam camadas ultrafinas de materiais 2-D sobre uma cavidade e rastrearam a frequência de ressonância das membranas resultantes usando lasers. Os resultados do seu trabalho foram publicados em Nature Communications .

Desde a descoberta das propriedades elétricas e mecânicas excepcionais do grafeno - o primeiro material bidimensional (2-D) - camadas com espessuras de até um único átomo estão atraindo interesse científico. Novas funcionalidades e fenômenos emergem com as recentes descobertas de tipos únicos de fases magnéticas e eletrônicas nessas camadas, incluindo supercondutor, ondas de densidade de carga, Fases antiferromagnética e ferromagnética 2-D Ising. As transições de fase desempenham um papel importante nos materiais:por exemplo, a água é um líquido à temperatura ambiente e congela abaixo de zero centígrado, formando um material com propriedades completamente diferentes.

Movimento ressonante

Em grandes amostras, existem várias técnicas para medir essa transição de fase, por exemplo, medindo o calor específico que pode mostrar mudanças abruptas na transição de fase. Contudo, apenas alguns métodos estão disponíveis para estudar essas transições em amostras atomicamente finas com uma massa inferior a um picograma. Isso é particularmente desafiador para antiferromagnetos isolantes ultrafinos que se acoplam fracamente às sondas magnéticas e eletrônicas.

Pesquisadores da Delft University of Technology demonstraram agora que essas fases podem ser estudadas observando o movimento ressonante das membranas feitas desses materiais 2-D. Essas membranas podem ser formadas pela suspensão de um cristal ultrafino sobre uma cavidade em um substrato, criando assim um tambor em nanoescala. "Rastreamos a frequência de ressonância mecânica dessas membranas usando um laser vermelho enquanto as colocamos em movimento nas frequências MHz por um laser azul com modulação de potência", o pesquisador Makars Šiškins explica

Expansão repentina

Quando os pesquisadores resfriaram as membranas de FePS ₃ , NiPS ₃ e MnPS ₃ , eles observaram uma mudança repentina em sua frequência de ressonância. Šiškins:"Curiosamente, essa mudança coincide com a temperatura na qual esses materiais ordenam seus spins magnéticos de forma antiferromagnética. "A correlação entre a mudança na frequência de ressonância e a ordem magnética na temperatura de transição de fase é uma consequência da expansão repentina que ocorre quando a desordem magnética aumenta, semelhante à transição de fase de líquido para gás. Esta expansão faz com que o estresse mecânico na membrana diminua, o que resulta em uma redução na frequência de ressonância, como em uma corda de violão.

O novo conceito de medição é aplicável a uma ampla variedade de sistemas de membrana fina com diferentes transições de fase, como os pesquisadores demonstram observando a ordem de onda de densidade de carga em TaS ₂ . "Por esta razão, acreditamos que nosso conceito tem potencial para ser aplicado no estudo de uma grande variedade de materiais:ferromagnetos 2-D, folhas de óxido complexo 2-D finas e antiferromagnetos orgânicos ", Šiškins diz. "Esperamos que isso leve a uma melhor compreensão da termodinâmica e dos mecanismos de pedido em materiais bidimensionais."