A informação nos computadores é transmitida através de semicondutores pelo movimento dos elétrons e armazenada na direção do spin do elétron em materiais magnéticos. Para encolher dispositivos e melhorar seu desempenho - um objetivo de um campo emergente chamado spin-eletrônica ("spintrônica") - os pesquisadores estão procurando materiais exclusivos que combinem as duas propriedades quânticas. Escrevendo na Nature Materials, uma equipe de químicos e físicos da Columbia encontra uma forte ligação entre o transporte de elétrons e o magnetismo em um material chamado brometo de sulfeto de cromo (CrSBr).
Criado no laboratório do químico Xavier Roy, o CrSBr é o chamado cristal de van der Waals que pode ser descascado em camadas 2D empilháveis ​​com apenas alguns átomos de espessura. Ao contrário de materiais relacionados que são rapidamente destruídos por oxigênio e água, os cristais de CrSBr são estáveis ​​em condições ambientais. Esses cristais também mantêm suas propriedades magnéticas na temperatura relativamente alta de -280F, evitando a necessidade de hélio líquido caro resfriado a uma temperatura de -450F,

"CrSBr é infinitamente mais fácil de trabalhar do que outros ímãs 2D, o que nos permite fabricar novos dispositivos e testar suas propriedades", disse Evan Telford, pós-doutorando no laboratório Roy que se formou em física pela Columbia em 2020. No ano passado, colegas Nathan Wilson e Xiaodong Xu na Universidade de Washington e Xiaoyang Zhu em Columbia encontraram uma ligação entre o magnetismo e como o CrSBr responde à luz. No trabalho atual, Telford liderou o esforço para explorar suas propriedades eletrônicas.

A equipe usou um campo elétrico para estudar camadas de CrSBr em diferentes densidades eletrônicas, campos magnéticos e temperaturas – diferentes parâmetros que podem ser ajustados para produzir diferentes efeitos em um material. À medida que as propriedades eletrônicas do CrSBr mudaram, o mesmo aconteceu com seu magnetismo.

"Os semicondutores têm propriedades eletrônicas ajustáveis. Os ímãs têm configurações de rotação ajustáveis. No CrSBr, esses dois botões são combinados", disse Roy. "Isso torna o CrSBr atraente tanto para pesquisa fundamental quanto para potencial aplicação em spintrônica."

O magnetismo é uma propriedade difícil de medir diretamente, principalmente porque o tamanho do material diminui, explicou Telford, mas é fácil medir como os elétrons se movem com um parâmetro chamado resistência. No CrSBr, a resistência pode servir como proxy para estados magnéticos não observáveis. "Isso é muito poderoso", disse Roy, especialmente porque os pesquisadores procuram um dia construir chips com esses ímãs 2D, que poderiam ser usados ​​para computação quântica e para armazenar grandes quantidades de dados em um pequeno espaço.

A ligação entre as propriedades eletrônicas e magnéticas do material se deve a defeitos nas camadas – para a equipe, um golpe de sorte, disse Telford. "As pessoas geralmente querem o material 'mais limpo' possível. Nossos cristais tinham defeitos, mas sem eles não teríamos observado esse acoplamento", disse ele.

A partir daqui, o laboratório Roy está experimentando maneiras de cultivar cristais de van der Waals destacáveis ​​com defeitos deliberados, para melhorar a capacidade de ajustar as propriedades do material. Eles também estão explorando se diferentes combinações de elementos podem funcionar em temperaturas mais altas, mantendo essas valiosas propriedades combinadas. + Explorar mais

Visualizando a estrutura atômica e o magnetismo de isolantes magnéticos 2-D