Pesquisadores na Espanha descobriram que se os átomos de chumbo forem intercalados em uma folha de grafeno, um poderoso campo magnético é gerado pela interação do spin dos elétrons com seu movimento orbital. Esta propriedade pode ter implicações na spintrônica, uma tecnologia emergente promovida pela União Europeia para criar sistemas computacionais avançados.

O grafeno é considerado o material do futuro devido às suas extraordinárias propriedades mecânicas ópticas e eletrônicas, especialmente porque conduz elétrons muito rapidamente. Contudo, não tem propriedades magnéticas, e, portanto, nenhum método foi encontrado para manipular esses elétrons ou qualquer uma de suas propriedades para usá-lo em novos dispositivos magnetoeletrônicos, embora os cientistas espanhóis tenham descoberto uma chave.

Pesquisadores do IMDEA Nanoscience, a Universidade Autônoma de Madrid, o Instituto de Ciência dos Materiais de Madrid (CSIC) e a Universidade do País Basco descrevem na revista Física da Natureza esta semana, como criar um campo magnético poderoso usando este novo material.

O segredo é intercalar átomos ou ilhas de Pb abaixo do mar de hexágonos de carbono que compõem o grafeno. Isso produz uma enorme interação entre duas características do elétron:seu spin - um pequeno 'ímã' ligado à sua rotação - e sua órbita, o movimento que eles seguem em torno do núcleo.

"Esta interação spin-órbita é um milhão de vezes mais intensa do que a inerente ao grafeno, é por isso que obtemos revoluções que podem ter usos importantes, por exemplo, no armazenamento de dados, "explica Rodolfo Miranda, Diretor do IMDEA Nanociências e chefe do estudo.

Para obter esse efeito, os cientistas colocaram uma camada de chumbo sobre outra de grafeno, por sua vez, cresceu sobre um cristal de irídio. Nesta configuração, o chumbo forma 'ilhas' abaixo do grafeno e os elétrons deste material bidimensional se comportam como se na presença de um campo magnético colossal de 80 tesla, o que facilita o controle seletivo do fluxo de spins.

Controle de tráfego com duas faixas

"E, o que é mais importante, sob essas condições, certos estados eletrônicos são protegidos topologicamente; em outras palavras, eles são imunes a defeitos, impurezas ou distúrbios geométricos, "continua Miranda, quem dá este exemplo:"Se compararmos com o tráfego, em um material spintrônico tradicional, os carros circulam ao longo de uma estrada de faixa única, que tornam as colisões mais prováveis, enquanto com este novo material temos controle de tráfego com duas pistas separadas espacialmente, evitando travamentos. "

Spintrônica é uma nova tecnologia que usa o spin magnético dos elétrons para armazenar bits de informação. Surgiu com a descoberta da magnetorresistência gigante, uma descoberta que rendeu a Peter Grümberg e Albert Fert o Prêmio Nobel de Física em 2007. É um efeito que causa grandes mudanças na resistência elétrica de materiais multicamadas finos e levou ao desenvolvimento de componentes tão variados quanto o leitor avança. discos rígidos ou os sensores em airbags.

A primeira geração de dispositivos spintrônicos ou magnetorresistentes foi baseada no efeito que os materiais magnéticos têm no spin do elétron. Mas uma segunda geração já está instalada e funcionando, e abrange este novo estudo, em que a própria interação spin-órbita dos elétrons age sobre eles como se houvesse um campo magnético externo real, mesmo se não houver.

O uso do grafeno como componente ativo na spintrônica é um dos objetivos fundamentais do grande projeto da União Europeia 'Graphene Flagship'. O objetivo final dos cientistas é controlar deliberadamente o tipo de spin dos elétrons neste novo material para aplicá-lo aos dispositivos eletrônicos do futuro.