Pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory e da Stanford University fizeram um superfino, membrana flexível de um óxido normalmente quebradiço, crescendo em uma superfície revestida com um composto que se dissolve em água. Quando o revestimento foi dissolvido, a membrana (vermelho escuro) flutuou livremente. O alongamento dessa membrana revelou como a deformação afeta as propriedades eletrônicas do material. Crédito:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Uma maneira de alterar as propriedades de um material é esticá-lo um pouco, então seus átomos estão mais distantes, mas as ligações entre eles não se quebram. Essa distância extra afeta o comportamento dos elétrons, que determinam se o material é um isolante ou condutor de eletricidade, por exemplo.
Mas, para uma importante classe de materiais de óxidos complexos, o alongamento não funciona tão bem; são tão frágeis quanto xícaras de café de cerâmica e podem quebrar.
Cientistas do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia e da Universidade de Stanford descobriram agora uma maneira de contornar esse problema para um óxido complexo conhecido como LCMO. Eles criaram um superfino, membrana flexível do material normalmente quebradiço, usou micromanipuladores para esticá-lo em um aparelho minúsculo e colou-o no lugar para preservar o estiramento.
Ao aplicar calor suave para derreter a cola, eles poderiam liberar e esticar a mesma membrana transparente repetidamente e observá-la passar de isolante a condutor e vice-versa. O alongamento também mudou suas propriedades magnéticas.
"Podemos realmente esticar e forçar essas coisas dramaticamente, em até 8%, "disse Harold Hwang, professor do SLAC e Stanford e investigador do Instituto de Stanford para Ciências de Materiais e Energia (SIMES). "Isso abre um novo mundo de possibilidades que terão um impacto além deste estudo específico."
A equipe de pesquisa relatou suas descobertas em Ciência hoje.
Novas maneiras de flutuar e se esticar
LCMO, ou óxido de manganês de cálcio e lantânio, é o que é conhecido como um material quântico porque seus elétrons se comportam de maneiras não convencionais e muitas vezes surpreendentes. Os cientistas querem ser capazes de controlar e ajustar esse comportamento para uma nova geração de eletrônicos com aplicações na transmissão de energia, transporte, Informática, sensores e detectores.
Para ver como a deformação afeta as propriedades eletrônicas de um material óxido quebradiço, pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory e da Stanford University transformaram-no em um superfino, membrana flexível, usou micromanipuladores para esticá-lo em um aparelho minúsculo e colou-o no lugar para preservar o estiramento. O alongamento transformou o material de condutor elétrico em isolante e alterou suas propriedades magnéticas. A técnica pode ser usada para estudar e projetar uma ampla gama de materiais para uso em coisas como sensores e detectores. Crédito:Seung Sae Hong, Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Filmes finos de materiais quânticos geralmente crescem na superfície de outro material. Quatro anos atrás, O grupo de Hwang relatou uma maneira fácil de separar essas camadas delicadas para que pudessem ser estudadas de novas maneiras.
Um dos pesquisadores que trabalhou nesse estudo, Seung Sae Hong, liderou este também. Ele usou o novo método para criar e liberar pequenos pedaços de LCMO que eram mais finos do que nunca - com menos de 20 nanômetros de espessura. Eles eram quase transparentes e surpreendentemente flexíveis.
Esticando diretamente um tão pequeno, sucata frágil seria difícil, mas Hong contornou esse problema colocando-o em uma película fina de polímero - uma espécie de sacola plástica de supermercado - onde ele grudou por vontade própria.
Em seguida, ele prendeu o filme de polímero em cada um de seus quatro lados e usou um micromanipulador para puxá-lo e esticá-lo - às vezes em uma direção, às vezes em ambas as direções ao mesmo tempo. Uma vez que o LCMO foi esticado, seu revestimento de polímero pode ser colado a outra superfície e levado a outro instrumento para exame com raios-X.
Invertendo estados eletrônicos
"Os experimentos foram entediantes e difíceis, "disse Hong, que agora é professor assistente na Universidade da Califórnia, Davis. "Nós olharíamos para o filme, aquecê-lo para amolecer a cola e relaxar a elasticidade, manipulá-lo de alguma outra maneira, congele-o no lugar e olhe novamente. "
Os pesquisadores conseguiram medir diretamente o espaçamento entre os átomos e confirmar que aumentou com o alongamento. Eles também mediram a resistência elétrica do LMCO e descobriram que o alongamento o desviou de um estado metálico que prontamente conduz eletricidade para um estado de isolamento, o que não funciona. A aplicação de um forte campo magnético mudou o estado magnético do material e também o transformou em metal.
"Como ferramenta científica, isso é realmente empolgante, "Hong disse." Isso abre oportunidades para manipular mecanicamente amplas classes de materiais de maneiras que não poderíamos fazer antes. E nos dá ideias de como podemos projetar materiais flexíveis para dispositivos eletrônicos, incluindo sensores e detectores que medem mudanças muito pequenas. "
