Figura 1. Heteroestrutura Van der Waals Cr2Ge2Te6 / In2Se3 e acoplamento magnetoelétrico. Crédito:UNIST
Multiferroics são definidos como materiais que exibem simultaneamente ferromagnetismo e ferroeletricidade. Essas propriedades tornam esses materiais blocos de construção promissores de novos materiais multifuncionais para uma variedade de aplicações. Contudo, ainda permanece um grande desafio para aumentar o ferromagnetismo e ferroeletricidade de multiferróicos.
Um estudo recente, conduzido conjuntamente pelo Professor Geunsik Lee na Escola de Ciências Naturais da UNIST e pelo Professor Xiang Zhang na UC Berkeley nos Estados Unidos da América, mostrou que as forças de van der Waals (vdW) podem ser usadas para resolver esse problema, assim, atraiu considerável atenção acadêmica.
Em seu estudo, publicado no jornal Nature Communications , os pesquisadores demonstraram a viabilidade de realizar um novo conceito de multiferróicos heteroestruturais 2-D. O método proposto é uma nova forma de aumentar a interação entre duas propriedades através da ligação forte de materiais ferromagnéticos e ferroelétricos por meio de ligações químicas. O método, que foi testado pelos pesquisadores por meio de seus cálculos teóricos, use ligação química pelas forças vdW.
Materiais multiferróicos, que mostram pedidos ferroelétricos e magnéticos simultâneos, pode controlar o magnetismo por campo elétrico ou vice-versa. A técnica de controle do magnetismo por campo elétrico é especialmente essencial para o desenvolvimento de dispositivos de memória de alta densidade. Para implementar esta técnica, quanto maior a interação entre essas ordens ferroicas, melhor fica.
Estudos extensos foram feitos em multiferróicos, contendo ferromagnetismo e ferroeletricidade em um único material. Ainda, todos esses materiais falharam em exibir comportamento multiferróico à temperatura ambiente. Por esta razão, atenção especial foi dada ao novo método de implementação de multiferróicos heteroestruturais 2-D, onde materiais ferroelétricos e materiais magnéticos estão sendo combinados.
No estudo, a equipe de pesquisa propôs o novo conceito de "Multiferroics heteroestruturais não covalentes 2-D 'por empilhamento de camadas atômicas de Cr ferromagnético 2 Ge 2 Te 6 e ferroelétrico em 2 Se 3 , levando, assim, à multiferroicidade totalmente atômica. Eles também investigaram experimental e teoricamente as propriedades ferromagnéticas e ferroeletrônicas de multiferróicos heteroestruturais 2-D. Esta investigação experimental e teórica combinada revela que os novos multiferróicos são capazes de ter controle total do magnetismo por campo elétrico, mesmo na interface entre os dois materiais.
Aqui, as forças assumidas pelos pesquisadores não eram a ligação covalente, mas as forças de Van der Waals. O termo "força de Van der Waals" refere-se a atrações momentâneas entre as moléculas, como elementos diatômicos livres e átomos individuais. Essas forças podem ser atrativas ou repulsivas, dependendo da distância entre as moléculas envolvidas.
As pesquisas empregaram cálculos DFT de primeiros princípios em uma heteroestrutura vdW consistindo de Cr ferromagnético 2 Ge 2 Te 6 e ferroelétrico em 2 Se 3 monocamadas. Ao inverter a polarização elétrica de In2Se3, a anisotropia magnetocristalina calculada de Cr 2 Ge 2 Te 6 muda entre eixo fácil e plano fácil (ou seja, ligar / desligar a ordem ferromagnética), que promete um novo design de memória magnética. Além disso, No 2 Se 3 torna-se ferroelétrico magnético, com polarizações de spin selecionáveis de acordo com sua própria polarização elétrica.
"Teoricamente, provamos que o ferroelétrico em camadas e o ferromagneto podem ser quimicamente acoplados às forças de van der Waals para alterar as propriedades magnéticas para um valor muito maior do que os convencionais, "diz o professor Geunsik Lee." Nós imaginamos que a dualidade multiferróica potencialmente enriquece a liberdade de armazenamento de dados resolvidos por camada e de processamento de informações devido às diversas propriedades magnetoelétricas e magneto-ópticas das camadas constituintes. "
