p (PhysOrg.com) - Os físicos descobriram que, removendo átomos individuais de uma superfície de grafite, eles podem criar momentos magnéticos locais na grafite. A descoberta pode levar a técnicas para criar artificialmente ímãs não metálicos e biocompatíveis, bem como mais barato e mais leve do que os ímãs atuais. p Os cientistas, Miguel Ugeda, Ivan Brihuega, e José Gómez-Rodríguez, todos da Universidade Autônoma de Madrid, junto com Francisco Guiné do Instituto de Ciência dos Materiais de Madrid, publicaram os resultados de seu estudo em uma edição recente da Cartas de revisão física.

p “É um desafio urgente da nanotecnologia ser capaz de integrar o grafeno em dispositivos eletrônicos reais, ”Brihuega disse PhysOrg.com . "Para este fim, é obrigatório entender como a presença de um único defeito atômico modifica suas propriedades. Em nosso trabalho, usamos um microscópio de tunelamento de varredura em ambientes ultra-limpos para abordar uma questão tão fundamental para um sistema semelhante ao grafeno, uma superfície de grafite. Nosso principal resultado é nossa capacidade de examinar em escala atômica o impacto intrínseco que cada átomo de carbono removido da superfície tem nas propriedades eletrônicas e magnéticas do sistema. ”

p Como os cientistas explicam, a criação de vagas atômicas em materiais semelhantes ao grafeno, removendo átomos, tem um forte impacto na mecânica, eletrônico, e propriedades magnéticas dos materiais. Em estudos anteriores, pesquisadores investigaram os efeitos das vacâncias atômicas nas propriedades do material como um todo. No estudo atual, os cientistas queriam sondar mais a fundo e ver o que acontece em cada vaga individual.

p Em seus experimentos, os físicos usaram grafite pirolítica altamente ordenada, que consiste em folhas de grafeno empilhadas que seguem a sequência de empilhamento AB-AB. Isso significa que uma folha de grafeno (B) é ligeiramente deslocada em relação à camada superior (A) de tal forma que metade dos átomos de carbono da folha superior A tem um átomo de carbono localizado exatamente abaixo deles, enquanto a outra metade não.

p Primeiro, os pesquisadores retiraram algumas folhas de grafeno superiores em ambientes ultra-limpos, a fim de garantir que a folha de grafeno superior, ou seja, a superfície de grafite, estava completamente livre de impurezas. Em seguida, eles criaram vagas únicas, aplicando irradiação iônica de baixa energia, usando apenas energia suficiente para deslocar os átomos da superfície e produzir defeitos de ponto atômico.

p Usando um microscópio de tunelamento de varredura de baixa temperatura caseiro, os cientistas puderam identificar a presença de um pico de ressonância acentuado no topo das vagas individuais. A ressonância atingiu o pico em torno do nível de Fermi, o que foi previsto em muitos estudos teóricos, mas nunca antes observado experimentalmente.

p Como os cientistas explicam, a ressonância em uma vacância pode ser associada a um momento magnético. As vagas fazem com que os spins de elétrons próximos se alinhem devido às interações elétron-elétron repulsivas, o que leva à formação dos momentos magnéticos. Além disso, vagas em locais diferentes induzem diferentes tipos de momentos magnéticos, que podem interagir uns com os outros. Essa interação aponta para a possibilidade de induzir um estado ferromagnético macroscópico em todo o material de grafite simplesmente removendo átomos de carbono individuais aleatórios.

p “Em um sistema de carbono puro, nunca se esperaria encontrar magnetismo por causa da tendência de seus elétrons se acoplarem em pares formando ligações covalentes, ”Brihuega explicou. “A associação de elétrons em pares vai contra a existência de um momento magnético líquido, já que o spin total da ligação eletrônica será zero. Ao remover um átomo de carbono da superfície de grafite, o que fazemos precisamente é quebrar essas ligações covalentes e, como resultado, criamos um estado localizado com um único elétron desemparelhado que irá gerar um momento magnético. ”

p Geral, os resultados não apenas confirmam a precisão dos modelos teóricos, mas também têm outras implicações. Por exemplo, as ressonâncias observadas podem aumentar a reatividade química do grafeno. Em termos de aplicações, os resultados podem levar a ímãs inovadores.

p “Criar um ímã a partir de um sistema de carbono puro é uma possibilidade tentadora, pois seria um ímã livre de metal e, portanto, ideal para aplicações em biomedicina, ”Brihuega disse. "Além disso, deve ser muito mais barato de produzir do que ímãs convencionais, uma vez que, para dar alguns números, uma tonelada de carbono custa cerca de mil vezes menos do que uma tonelada de níquel ($ 16 vs. $ 16, 000), um material comumente usado em ímãs reais. No caso de sistemas de grafeno, um também teria flexibilidade e leveza como vantagens adicionais; mas até hoje, a magnetização total relatada para esses sistemas é muito baixa quando comparada com os ímãs existentes mais fortes.

p "Na minha opinião, " ele adicionou, “O futuro mais brilhante em termos de aplicações surge no campo emergente da spintrônica, ou seja, na tentativa de explorar o 'spin' do elétron desemparelhado para a criação de novos dispositivos baseados em spin ”. p Copyright 2010 PhysOrg.com.
Todos os direitos reservados. Este material não pode ser publicado, transmissão, reescrito ou redistribuído no todo ou em parte sem a permissão expressa por escrito da PhysOrg.com.