No domínio da ciência dos materiais, os fenômenos de polarização e polaridade têm sido convencionalmente associados a isolantes. No entanto, imagine um cenário onde estas características possam ser induzidas em metais, potencialmente mitigando as perdas de energia atribuídas aos semicondutores e prolongando a vida útil das baterias integradas em dispositivos eletrónicos.



Um avanço recente alcançado pelos esforços colaborativos de pesquisadores na Coreia do Sul é a descoberta de um método para induzir e controlar a polarização e os estados de polaridade nos metais. O estudo deles foi publicado na Nature Physics em 17 de janeiro de 2024.

Os elétrons livres dentro dos metais exibem movimento irrestrito, tornando difícil alinhá-los em direções específicas para induzir polarização ou estados de polaridade. Além disso, a estrutura simétrica em ambas as extremidades dos cristais metálicos tem historicamente apresentado desafios na indução desses efeitos elétricos.

A equipe de pesquisa empregou campos flexoelétricos para implementar estados de polarização e polaridade em metais. Este tipo de campo surge quando a superfície de um objeto sofre deformação não uniforme, permitindo a manipulação do movimento de carga e das características elétricas, alterando sutilmente a estrutura reticular dos metais.

A equipe aplicou pressão externa ao rutenato de estrôncio amplamente utilizado (SrRuO₃ ) na área de componentes eletrônicos e semicondutores, gerando um campo flexoelétrico. Este óxido metálico, caracterizado por heteroepitaxia, onde cristais de estrôncio e óxido de rutênio com formatos diferentes crescem na mesma direção, possui estrutura centrossimétrica.

O campo flexoelétrico alterou as interações eletrônicas e a estrutura da rede dentro do rutenato de estrôncio, levando a uma indução bem-sucedida de polarização dentro do metal, causando uma transformação em suas propriedades elétricas e mecânicas e quebrando a estrutura simétrica anteriormente central. Ao empregar a polarização flexoelétrica e o controle de um metal ferromagnético, a equipe de pesquisa desvendou com sucesso o mistério que envolve a implementação da polarização e da polaridade em substâncias metálicas.

O principal pesquisador do estudo, Professor Daesu Lee, do Departamento de Física da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), afirmou:"Somos os primeiros pesquisadores a verificar a implementação universal de estados de polaridade em substâncias metálicas. Tenho esperança de que as descobertas deste estudo será benéfico na criação de dispositivos altamente eficientes nos campos elétrico e de semicondutores."

Mais informações: Wei Peng et al, Polarização flexoelétrica e controle de um metal ferromagnético, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02333-8
Informações do diário: Física da Natureza

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang