A Figura mostra a heteroestrutura de van der Waals (vdW) de G / FL-CrI3 / Gr (G:grafeno, FL:algumas camadas, CrI3:iodeto de cromo (III), Gr:grafite) usado no estudo de microscopia de tunelamento de varredura (STM). (a) A ilustração esquemática e (b) a imagem óptica da configuração experimental. A amostra consiste em grafeno monocamada cobrindo o empilhamento de FL-CrI3 em flocos de grafite (G / FL-CrI3 / Gr). (c) A estrutura atômica da monocamada CrI3 (vista superior). Imagens STM dependentes de polarização de G / FL-CrI3 / Gr mostram a (d) rede de grafeno - tirada em Vs =-0,3V e (e) rede CrI3 - tirada em Vs =2,5V com estrutura atômica sobreposta de monocamada CrI3 (I átomos no plano atômico inferior são removidos para maior clareza). Crédito: Nature Communications
Os cientistas da NUS demonstraram uma abordagem geral para caracterizar a estrutura atômica e as propriedades eletrônicas e magnéticas de isoladores magnéticos bidimensionais (2-D) usando microscopia de varredura por túnel.
A recente descoberta de ímãs 2-D e o desenvolvimento da engenharia de heteroestrutura de van der Waals (vdW) oferecem oportunidades sem precedentes não apenas para explorar a emocionante física do magnetismo em dimensões reduzidas, mas também para desenvolver dispositivos spintrônicos de nova geração para aplicações de tecnologia quântica. Outros desenvolvimentos nesta área envolvem a compreensão em nível atômico das propriedades eletrônicas e magnéticas de ímãs 2-D e suas heteroestruturas. Infelizmente, a aplicação direta de técnicas convencionais de microscopia de tunelamento de varredura (STM) para aprender mais sobre as propriedades do material não funciona bem para isoladores magnéticos 2-D. A imagem STM depende do efeito de tunelamento quântico, por meio do qual os elétrons fazem um túnel da ponta atomicamente afiada para as amostras condutoras ou vice-versa. Não pode ser aplicado para estudar materiais isolantes a granel, pois há ausência de um caminho condutor.
Uma equipe de pesquisa NUS liderada pelo Prof Jiong Lu do Departamento de Química, A NUS demonstrou a aplicação de STM para estudar o iodeto de cromo (III) antiferromagnético isolante (CrI 3 ) cristais, incorporando-os com heteroestruturas vdW baseadas em grafeno (ver Figura). Este trabalho é em colaboração com o Prof Kostya S. Novoselov do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, NUS. Sua técnica expande a capacidade do STM, permitindo-lhe estudar materiais isolantes para obter insights sobre a ordenação magnética em ímãs 2-D.
Ao cobrir o material em estudo com uma única camada de grafeno, a equipe de pesquisa é capaz de obter a ordem de empilhamento e acoplamento magnético intercamada de CrI esfoliado 3 que tem algumas camadas de espessura usando a imagem STM em condições de baixa temperatura. Eles também identificaram a estrutura magnética e demonstraram que a imagem STM pode distinguir entre as estruturas ferromagnética e antiferromagnética de CrI 3 (poucas camadas de espessura). Isso se deve à interação peculiar dos estados magnéticos com o grafeno sobreposto.
Prof Lu disse, "Nossa abordagem é geral por natureza, e representa um avanço no campo da caracterização em escala atômica da estrutura atômica, propriedades eletrônicas e magnéticas de vários isoladores magnéticos e suas heteroestruturas vdW. Pode facilitar o desenvolvimento de isoladores magnéticos 2-D para dispositivos spintrônicos de próxima geração
