Uma equipe de pesquisadores, afiliado ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan da Coréia do Sul (UNIST), demonstrou a possibilidade de induzir e controlar uma resposta magnética em um material de camada não magnética por meio da excitação seletiva de vibração específica do material.

Uma equipe de pesquisa, afiliado ao UNIST demonstrou recentemente a possibilidade de induzir e controlar uma resposta magnética em um material de camada não magnética por meio da excitação seletiva de vibração específica do material, usando ferramentas de simulação teórica de última geração.

Esta descoberta foi liderada pelo Professor Noejung Park na Escola de Ciências Naturais em colaboração com pesquisadores do Departamento de Teoria do MPSD (Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria) e CFEL em Hamburgo. No estudo, a equipe de pesquisa demonstrou que os fônons polarizados circularmente produzem um estado de spin dinâmico dependente do vale como resultado do forte acoplamento spin-fônon, que pode ser desenvolvido como um veículo para aplicações de computação quântica ou spintrônica. Os resultados deste estudo foram publicados em Nature Communications em 12 de fevereiro, 2018.

Na vida cotidiana, experimentamos e utilizamos muitas propriedades de materiais:de condutores / isoladores elétricos e térmicos a micro / nanoeletrônicos, telecomunicações, Informática, sensoriamento, conversão de energia e materiais sob medida com mecânica específica, propriedades ópticas e magnéticas, para nomear alguns. Microscopicamente, esses materiais consistem em elétrons e núcleos, e suas propriedades podem ser atribuídas principalmente ao arranjo da mecânica quântica dos elétrons. Mesmo que o núcleo atômico também possa ser especificado por suas partículas constituintes, como prótons e nêutrons, a estrutura interna do núcleo, na maioria dos casos, não desempenha nenhum papel na determinação das propriedades do material. Em vez de, os núcleos se manifestam claramente por meio de sua vibração. A forma e magnitude das vibrações, que é especificamente chamado de fônon, são outro fator dominante que determina as propriedades do material, além da carga e do spin dos elétrons.

Hoje em dia, os pesquisadores têm se concentrado em estruturas elementares de materiais com o objetivo de, em última instância, miniaturizar unidades magnéticas ou dispositivos eletrônicos. Grafeno, a camada única de carbono, e a monocamada de dichalcogeneto de metal de transição (TMDC) são exemplos importantes nesta perspectiva. Se os spins nesses materiais bidimensionais (2-D) podem ser alinhados para formar um ímã ou até que ponto eles são afetados pelos fônons ainda é uma questão importante. Em seu estudo, tomando MoS2 e também outros TMDCs como material de amostra, a equipe de pesquisa estudou como a estrutura de spin pode ser alterada pela presença de um fônon. Cálculos extensivos de supercomputação de equações da mecânica quântica mostraram que, quando um material tem forte acoplamento entre o estado de spin e orbital de seus elétrons, um fônon específico pode derivar uma dinâmica de spin de maneira semelhante a um campo magnético giratório.

Esse efeito se baseia em um conceito fundamental da física teórica denominado quebra de simetria. Especialmente nos cristais, as simetrias dos arranjos dos átomos desempenham um papel decisivo, e quebrar um deles geralmente traz mudanças dramáticas nas propriedades do material. A simetria de um sistema não envolve apenas espaço, mas também pode ser estendido no tempo. No que é chamado de simetria de reversão do tempo, a física observada seria a mesma se avançássemos ou recuássemos no tempo. Por exemplo, em um vídeo de duas bolas de bilhar colidindo, você não pode dizer se o vídeo está avançando ou retrocedendo por causa da simetria. Contudo, na presença de um campo magnético, o movimento dos elétrons não pode ser enganado dessa maneira porque seu estado de movimento para frente não é mais simétrico ao de movimento para trás.

Em vez de um campo magnético, muitos pesquisadores usaram recentemente um fóton circularmente polarizado, ou um estado giratório de luz, para quebrar a simetria da reversão do tempo. Em seu estudo, em vez de um fóton, eles usaram o movimento giratório dos átomos em um cristal, ou seja, o fônon circular, como um novo tipo de mecanismo de interrupção de reversão do tempo. A equipe de pesquisa mostrou que tais fônons podem ser comparados à presença do campo magnético e podem ser usados ​​para a manipulação rápida de unidades magnéticas de materiais 2-D elementares.