Pela primeira vez, físicos da Universidade de Basel conseguiram medir as propriedades magnéticas de materiais de van der Waals atomicamente finos em nanoescala. Eles usaram sensores quânticos de diamante para determinar a força da magnetização de camadas atômicas individuais do triiodeto de cromo material. Além disso, eles encontraram uma explicação há muito procurada para as propriedades magnéticas incomuns do material. O jornal Ciência publicou os resultados.

O uso de atomicamente fino, Os materiais bidimensionais de van der Waals prometem inovações em vários campos da ciência e da tecnologia. Cientistas de todo o mundo estão constantemente explorando novas maneiras de empilhar diferentes camadas atômicas individuais e, assim, criar novos materiais com características únicas, propriedades emergentes.

Esses materiais compostos superfinos são mantidos juntos pelas forças de van der Waals e freqüentemente se comportam de maneira diferente em relação a cristais em massa do mesmo material. Os materiais de van der Waals atomicamente finos incluem isoladores, semicondutores, supercondutores e alguns materiais com propriedades magnéticas. Seu uso em spintrônica ou mídia de memória magnética ultracompacta é altamente promissor.

A primeira medição quantitativa de magnetização

Até agora, não foi possível determinar a força, alinhamento e estrutura desses ímãs quantitativamente nem em nanoescala. A equipe chefiada por Georg-H.-Endress, Professor Patrick Maletinsky, do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel, demonstrou que o uso de pontas de diamante decoradas com spins de um único elétron em um microscópio de força atômica é ideal para esses tipos de estudos.

"Nosso método, que usa os spins individuais em centros de cores de diamante como sensores, abre um campo totalmente novo. As propriedades magnéticas de materiais bidimensionais agora podem ser estudadas em nanoescala e até de maneira quantitativa. Nossos sensores quânticos inovadores são perfeitamente adequados para esta tarefa complexa, "diz Maletinsky.

O número de camadas é crítico

Usando esta tecnologia que foi originalmente desenvolvida em Basel e que é baseada em um único spin de elétron, os cientistas colaboraram com pesquisadores da Universidade de Genebra para determinar as propriedades magnéticas de camadas atômicas únicas de triiodeto de cromo (CrI ₃ ) Os pesquisadores foram, portanto, capazes de encontrar a resposta para uma questão científica fundamental sobre o magnetismo desse material.

Como um tridimensional, cristal a granel, o triiodeto de cromo é totalmente ordenado magneticamente. No caso de poucas camadas atômicas, Contudo, apenas pilhas com um número ímpar de camadas atômicas mostram uma magnetização diferente de zero. Pilhas com um número par de camadas exibem um comportamento antiferromagnético; ou seja, eles não são magnetizados. A causa deste "efeito par / ímpar" e a discrepância com o material a granel eram anteriormente desconhecidas.

A tensão como causa

A equipe de Maletinsky conseguiu demonstrar que esse fenômeno se deve ao arranjo atômico específico das camadas. Durante a preparação da amostra, as camadas individuais de triiodeto de cromo movem-se ligeiramente umas contra as outras. A deformação resultante na rede significa que os spins de camadas sucessivas são incapazes de se alinhar na mesma direção; em vez de, a direção do giro alterna nas camadas. Com um número par de camadas, a magnetização das camadas se anula; com um número ímpar, a força da magnetização medida corresponde à de uma única camada.

Contudo, quando a tensão na pilha é liberada, por exemplo, perfurando a amostra - os spins de todas as camadas podem se alinhar na mesma direção, como também é observado em cristais em massa. A força magnética de toda a pilha é então consistente com a soma das camadas individuais.

O trabalho realizado pelos cientistas da Basileia, portanto, não responde apenas a uma questão-chave sobre os ímãs de van der Waals bidimensionais, também abre perspectivas interessantes sobre como seus sensores quânticos inovadores podem ser usados ​​no futuro para estudar ímãs bidimensionais, a fim de contribuir para o desenvolvimento de novos componentes eletrônicos.