p Quando duas monocamadas de WTe2 são empilhadas em uma bicamada, uma polarização elétrica espontânea aparece, uma camada torna-se carregada positivamente e a outra negativamente. Esta polarização pode ser invertida aplicando um campo elétrico. Crédito:Joshua Kahn
p O público em geral pode pensar no século 21 como uma era de plataformas tecnológicas revolucionárias, como smartphones ou redes sociais. Mas para muitos cientistas, este século é a era de outro tipo de plataforma:materiais bidimensionais, e seus segredos inesperados. p Esses materiais 2-D podem ser preparados em folhas cristalinas tão finas quanto uma única monocamada, apenas um ou alguns átomos de espessura. Dentro de uma monocamada, os elétrons são restritos em como eles podem se mover:como peças em um jogo de tabuleiro, eles podem se mover da frente para trás, lado a lado ou diagonalmente - mas não para cima ou para baixo. Essa restrição torna as monocamadas funcionalmente bidimensionais.
p O reino 2-D expõe propriedades previstas pela mecânica quântica - as regras baseadas em ondas de probabilidade que fundamentam o comportamento de toda a matéria. Desde que o grafeno - a primeira monocamada - foi lançado em 2004, cientistas isolaram muitos outros materiais 2-D e mostraram que eles abrigam propriedades físicas e químicas únicas que podem revolucionar a computação e as telecomunicações, entre outros campos.
p Para uma equipe liderada por cientistas da Universidade de Washington, a forma 2-D de um composto metálico - ditelureto de tungstênio, ou WTe
2 - é um bando de revelações quânticas. Em um artigo publicado online em 23 de julho na revista
Natureza , pesquisadores relatam sua última descoberta sobre WTe
2 :Sua forma 2-D pode sofrer "comutação ferroelétrica". Eles descobriram que quando duas monocamadas são combinadas, a "bicamada" resultante desenvolve uma polarização elétrica espontânea. Essa polarização pode ser invertida entre dois estados opostos por um campo elétrico aplicado.
p "Encontrar comutação ferroelétrica neste material 2-D foi uma surpresa completa, "disse o autor sênior David Cobden, um professor de física da UW. "Não estávamos procurando por isso, mas vimos um comportamento estranho, e depois de fazer uma hipótese sobre sua natureza, projetamos alguns experimentos que a confirmaram muito bem. "
p Materiais com propriedades ferroelétricas podem ter aplicações no armazenamento de memória, capacitores, Tecnologias de cartão RFID e até sensores médicos.
p "Pense em ferroelétricos como um interruptor da natureza, "disse Cobden." O estado polarizado do material ferroelétrico significa que você tem uma distribuição desigual de cargas dentro do material - e quando ocorre a comutação ferroelétrica, as cargas se movem coletivamente, ao invés do que fariam em uma chave eletrônica artificial baseada em transistores. "
p A equipe UW criou WTe
2 monocamadas de sua forma cristalina 3-D, que foi cultivado pelos co-autores Jiaqiang Yan no Oak Ridge National Laboratory e Zhiying Zhao na University of Tennessee, Knoxville. Em seguida, a equipe UW, trabalhando em uma caixa de isolamento sem oxigênio para evitar WTe
2 de degradar, usou fita adesiva para esfoliar folhas finas de WTe
2 do cristal - uma técnica amplamente usada para isolar grafeno e outros materiais 2-D. Com essas folhas isoladas, eles podiam medir suas propriedades físicas e químicas, o que levou à descoberta das características ferroelétricas.
p WTe
2 é o primeiro material 2-D esfoliado conhecido por sofrer comutação ferroelétrica. Antes desta descoberta, os cientistas só tinham visto comutação ferroelétrica em isoladores elétricos. Mas WTe
2 não é um isolante elétrico; na verdade é um metal, embora não seja muito bom. WTe
2 também mantém a comutação ferroelétrica em temperatura ambiente, e sua comutação é confiável e não se degrada com o tempo, ao contrário de muitos materiais ferroelétricos 3-D convencionais, de acordo com Cobden. Essas características podem fazer WTe
2 um material promissor para menores, aplicações tecnológicas mais robustas do que outros compostos ferroelétricos.
p "A combinação única de características físicas que vimos no WTe
2 é um lembrete de que todos os tipos de novos fenômenos podem ser observados em materiais 2-D, "disse Cobden.
p A comutação ferroelétrica é a segunda grande descoberta que Cobden e sua equipe fizeram sobre a monocamada WTe
2 . Em um artigo de 2017 em
Física da Natureza , a equipe relatou que este material também é um "isolante topológico, "o primeiro material 2-D com esta propriedade exótica.
p Em um isolante topológico, as funções de onda dos elétrons - resumos matemáticos de seus estados quânticos - têm uma espécie de torção embutida. Graças à dificuldade de remover essa torção, isoladores topológicos podem ter aplicações em computação quântica - um campo que busca explorar as propriedades mecânicas quânticas dos elétrons, átomos ou cristais para gerar potência de computação exponencialmente mais rápida do que a tecnologia atual. A descoberta da equipe UW também resultou de teorias desenvolvidas por David J. Thouless, um professor emérito de física da UW que compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2016 em parte por seu trabalho em topologia no reino 2-D.
p Cobden e seus colegas planejam continuar explorando a monocamada WTe
2 para ver o que mais eles podem aprender.
p "Tudo o que medimos até agora sobre WTe
2 tem alguma surpresa nisso, "disse Cobden." É emocionante pensar no que podemos encontrar a seguir. "
