Vibrações em uma rede:Esta é uma ilustração de vibrações de rede quantizadas em um material, onde a palavra 'quantizado' é usada para significar que apenas certas frequências de vibrações são permitidas. Nesta animação, você pode ver como essa vibração se propaga através da estrutura de uma cadeia unidimensional (1-D) de átomos, com alguns átomos ficando mais próximos uns dos outros, então mais longe, enquanto o material vibra. Crédito:Sean Kelley / NIST
Há poucos meses atrás, uma equipe de cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) relatou algo surpreendente sobre um material magnético 2-D:comportamento que há muito se presumia ser devido a vibrações na rede - a estrutura interna dos átomos no material em si - é, na verdade, devido a uma onda de oscilações de spin.
Esta semana, o mesmo grupo descreve outra descoberta surpreendente em um material magnético 2-D diferente:o comportamento que se presume ser devido a uma onda de oscilações de spin é, na verdade, devido a vibrações na rede.
O trabalho, publicado em Nature Communications , é mais uma evidência de que as capacidades experimentais exclusivas da equipe do NIST desempenham um papel fundamental como uma ferramenta investigativa para os cientistas que estudam esses ímãs 2-D.
Ondas de oscilações de spin envolvem mudanças em uma propriedade quântica dos átomos chamada spin; o recurso que torna os ímãs magnéticos. Se você pensar em cada átomo como uma bússola, então o giro é (metaforicamente) a agulha da bússola. Nesta metáfora, Contudo, o spin pode apontar para o norte (para cima) e para o sul (para baixo). Em alguns materiais, o spin pode "saltar" de uma direção metafórica para outra.
O experimento empregou espectroscopia Raman, uma técnica que testa uma amostra com luz laser e, em seguida, mede como essa luz é espalhada pela amostra. Isso pode revelar informações sobre um material 2-D, como sua estrutura, defeitos, doping, número de camadas e acoplamento entre as camadas, e mais. O sistema Raman de engenharia personalizada do NIST adiciona a capacidade de rastrear simultaneamente a luz espalhada em função da temperatura e do campo magnético.
Manipular a temperatura e o campo magnético enquanto mede o sinal Raman permite que os cientistas identifiquem se estão observando vibrações da rede ou ondas de spin. Além disso, neste novo artigo, os pesquisadores relatam que podem rastrear os spins em uma única camada, conforme os spins "mudam" para uma nova direção.
Os cientistas sabem que o comportamento que encontraram é intrínseco ao próprio material porque a espectroscopia Raman permite que investiguem o material 2-D de forma não invasiva, sem a adição de contatos eletrônicos que pudessem influenciar os resultados.
"Nossos dados mostram características claras que identificam uma transição de fase magnética no material usando a luz como uma sonda, "Hight Walker disse." Camada por camada, observamos os spins mudando de direção. "
A importância dos ímãs 2-D
Alguns materiais são compostos por camadas que interagem muito fracamente, que permite aos cientistas separar ou isolar camadas individuais e acessar folhas 2-D atomicamente finas (da ordem de alguns nanômetros). Por exemplo, o grafeno foi o primeiro material 2-D isolado da grafite usando uma superfície adesiva para descascar uma única camada com um átomo de espessura.
Esses materiais são chamados de 2-D porque, embora possam ser relativamente largos - na escala de micrômetros - eles também são extremamente finos - tão finos quanto um único átomo ou 100, 000 vezes menor que um cabelo humano. Essa propriedade permite mais personalização do que materiais 3-D. Diferenças dramáticas podem ser vistas entre uma e até mesmo duas camadas do mesmo material.
Mas até recentemente, ninguém pensava que materiais em camadas poderiam ser magnéticos quando você reduzia seu tamanho até o limite 2-D. Então, apenas alguns anos atrás, descobriu-se que alguns deles poderiam, na verdade, mantém seu comportamento magnético em uma única camada, e os ímãs 2-D se tornaram um tópico quente de pesquisa.
O trabalho liderado pelo NIST, feito em colaboração com cientistas da The Ohio State University, Towson University, Penn State University, a Universidade de Arkansas, e o Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão, envolve um material 2-D chamado triiodeto de cromo (CrI3), que tem propriedades promissoras que poderiam algum dia ser manipuladas para tornar os dispositivos úteis para a computação quântica.
Quanto mais os cientistas aprendem sobre esses materiais 2-D, quanto mais perto eles estão de realizar aplicações potenciais, especialmente na eletrônica de última geração e até mesmo em informações quânticas.
Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.
