O cloreto de cromo e o brometo de cromo eram conhecidos no passado como halogenetos de metal de transição com magnetização no plano e fora do plano. Pesquisadores do Boston College descobriram uma maneira de fazer haletos mistos com toda a composição entre esses dois parâmetros. O resultado desta "química de haleto misto" foi uma combinação de cloreto de cromo e brometo onde os ajustes na proporção de cloro para bromo podem ser variados continuamente. A equipe observou uma mudança contínua de magnetização de dentro do plano para fora do plano enquanto ajustava a proporção. Pequenos cristais de halogenetos de cromo misturados com diferentes proporções de cloro para bromo são mostrados na imagem. Crédito:Fazel Tafti, Boston College
Físicos, químicos, e os cientistas de materiais têm investigado a natureza dos materiais magnéticos em camadas por várias décadas, em busca de pistas para as propriedades desses materiais que são mais complexos do que parecem.
O material em camadas lembra a estrutura de um livro. De uma distância, parece um objeto tridimensional sólido, mas quando examinado mais de perto, é feito a partir do empilhamento de muitos planos, folhas bidimensionais semelhantes às páginas de um livro.
Durante a última década, cientistas têm buscado a "esfoliação" de materiais magnéticos em camadas, um processo pelo qual um material é sistematicamente clivado até que uma única folha atômica seja isolada.
Uma única folha atômica de um material de camada magnética permite aos pesquisadores fabricar atomicamente plano, dispositivos magnéticos ultrafinos. Como um exemplo, os cientistas construíram "memórias magnéticas ultrafinas - folhas atômicas únicas onde as informações são armazenadas na orientação direcional da magnetização dos átomos."
A magnetização de um material em camadas é tipicamente orientada paralela ou perpendicular ao plano dos átomos. Em outras palavras, a magnetização tende a apontar "no plano" ou "fora do plano" - indicando o que é conhecido como anisotropia magnética.
Até aqui, os cientistas estavam cientes apenas dos limites no plano ou fora do plano da anisotropia magnética. Em outras palavras, a capacidade de controlar a orientação do magnetismo foi definida apenas por dois parâmetros da anisotropia.
Em um novo relatório em Materiais avançados , pesquisadores do Boston College demonstram que a anisotropia magnética pode ser continuamente ajustada entre os dois limites de dentro e fora do plano. A equipe relata que alcançou esse avanço na arena dos dispositivos magnéticos ultrafinos ao apontar com sucesso a magnetização em qualquer direção do espaço, em vez de apenas no plano ou fora do plano.
"Além da direção da magnetização, nossa equipe mostrou que todas as propriedades desses materiais em camadas, incluindo a absorção de luz, distância entre as camadas, e a temperatura de transição magnética pode ser controlada continuamente para qualquer valor desejado, "disse o professor assistente de física do Boston College, Fazel Tafti, autor principal do artigo. "Este é um grande avanço no ajuste de propriedades de materiais para a indústria de dispositivos ópticos e magnéticos."
Para fazer o material, uma equipe liderada por Tafti e o professor associado de física do Boston College, Kenneth Burch, desenvolveu uma abordagem de "química de haleto misto", em que os pesquisadores combinaram diferentes átomos de haleto, como cloro ou bromo, em torno de um metal de transição como o cromo.
Ajustando a composição relativa de cloro a bromo, os pesquisadores foram capazes de ajustar um parâmetro interno no nível atômico conhecido como acoplamento spin-órbita, que é a fonte da anisotropia magnética, disse Tafti.
A metodologia de ajuste permite a engenharia da quantidade de acoplamento spin-órbita e a orientação da anisotropia magnética em nível atômico, a equipe relatou.
Tafti disse que o avanço desses tipos de materiais formará a base dos dispositivos magnéticos ultrafinos de próxima geração. No futuro, esses dispositivos podem um dia substituir os transistores e chips elétricos usados hoje. Por causa de sua escala atômica, Tafti disse, avanços futuros provavelmente diminuirão o tamanho dos dispositivos magnéticos, pois as capacidades permitem que a informação magnética seja composta nessas folhas atomicamente planas.
"Daqui, continuaremos a expandir as fronteiras dos materiais em camadas magnéticas, fazendo haletos mistos de metais de transição além do cromo, "disse Tafti." Nossa equipe demonstrou que a química de haletos mistos não se limita ao cromo e pode ser generalizada para mais de 20 outros metais de transição. O co-líder do projeto, Kenneth Burch, está tentando fazer uma interface artificial com diferentes camadas magnéticas, de modo que as propriedades de uma camada afetem a adjacente. Esses metamateriais podem alterar a propagação da luz em uma camada com base na direção do magnetismo na camada vizinha e vice-versa - uma propriedade conhecida como efeito magneto-óptico. "
