Físicos da Universidade de Groningen e da Fundação FOM, liderado pela professora Beatriz Noheda, descobriram um novo composto de manganês que é produzido por tensão na estrutura cristalina do óxido de manganês de térbio. A técnica que eles usaram para criar este novo material pode abrir caminho para novos circuitos em nanoescala. Suas descobertas foram publicadas em 20 de novembro de 2014 na revista Natureza .

Os pesquisadores desenvolveram uma camada muito fina (não mais do que algumas dezenas de átomos de espessura) do cristal de óxido de manganês de térbio em uma camada de base mais espessa de óxido de estrôncio e titânio. Esta camada de base afeta o crescimento da camada fina. Quando pedaços de cristal em crescimento se encontram, uma interface ou 'parede de domínio' se desenvolve, e a estrutura do cristal sofre tensão de tração nessa parede.

Nanorreator

Até alguns anos atrás, os cientistas de materiais, ao criar camadas muito finas, tentaram evitar que as paredes do domínio ocorressem por causa dessa tensão de tração. "Paredes de domínio foram vistas como contaminação", diz Noheda. Então, ficou claro que a tensão na estrutura do cristal realmente investiu o material com novas propriedades, e, como agora se tornou aparente, a parede do domínio pode se tornar um reator químico em nanoescala.

Paredes

Os pesquisadores de Groningen ganharam muita experiência no controle de quantas paredes de domínio se desenvolvem. A composição da camada de base afeta isso, por exemplo, e quanto mais fina a camada de cristal, quanto maior o número de paredes que ocorrem.

"Além de controlar quantas paredes se desenvolvem, outro desafio considerável foi analisar exatamente o que acontece em uma parede, já que geralmente tem apenas um átomo de espessura ", diz Noheda. Uma maneira de analisar o material na parede é comparar amostras compreendendo diferentes números de paredes. Os pesquisadores viram que quanto mais paredes havia, mais magnético era o material. "A observação direta de um campo magnético ainda não é possível na escala atômica, particularmente não em um isolador ", diz Noheda.

Linha em ziguezague

Uma análise química de resolução atômica avançada foi usada para mostrar que a composição do cristal nas paredes havia mudado:em locais específicos, um átomo de manganês havia substituído um átomo de térbio maior. O átomo de térbio forma uma espécie de linha em zigue-zague na estrutura do cristal. Dois ziguezagues opostos se encontram na parede do domínio, fazendo com que alguns dos átomos de térbio fiquem muito próximos. "Isso cria uma tensão significativa, o átomo de térbio desaparece do cristal, e um átomo menor de manganês toma seu lugar ", explica Noheda. Em contraste com o cristal normal, esse manganês extra torna a parede magnética.

Nova quimica

O professor Maxim Mostovoy modelou o magnetismo, e seus resultados correspondem aos resultados do experimento:"Uma ligação que ainda não foi descrita ocorre entre cinco átomos de manganês. Portanto, vemos uma nova química na parede do domínio." Isso torna a parede de domínio uma espécie de reator químico em nanoescala. "E suspeitamos que esse tipo de nova ligação ocorrerá em todos os cristais com essa estrutura em zigue-zague."

Circuitos

Noheda espera em pesquisas futuras gerar paredes com potencial para formar circuitos. Circuitos de minutos com apenas alguns átomos de tamanho poderiam então se desenvolver. "Mas também espero que os químicos comecem a trabalhar nesses nanorreatores."

Beatriz Noheda e Maxim Mostovoy trabalham no Zernike Institute for Advanced Materials, parte da Faculdade de Matemática e Ciências Naturais da Universidade de Groningen. A pesquisa foi financiada pela NanoNextNL e pela Fundação FOM.