p PARK Je-Geun, O Diretor Associado do Centro de Sistemas Eletrônicos Correlacionados e colaboradores demonstraram o comportamento magnético de uma classe especial de materiais 2-D. Esta é a primeira prova experimental de uma teoria proposta há mais de 70 anos. O papel, descrevendo o experimento, é publicado no jornal Nano Letras . p Recentemente, cientistas de todo o mundo estão investigando as propriedades e aplicações de materiais 2-D extremamente finos, apenas um átomo de espessura, como o grafeno. O estudo das propriedades dos materiais 2-D em comparação com seus equivalentes 3-D levanta muitas questões instigantes; um deles diz respeito às transições de fase magnéticas.

p Alguns materiais são magnéticos devido ao comportamento dos spins de seus elétrons. Em termos simples, spins (spin números quânticos, ou mais precisamente seus momentos magnéticos associados), são como pequenos ímãs, convencionalmente mostrado como setas. Em temperaturas extremamente baixas, esses spins tendem a se alinhar, diminuindo a energia total dos elétrons. Contudo, acima de uma temperatura específica que varia de material para material, os spins perdem o alinhamento e tornam-se orientados aleatoriamente. Semelhante a como o gelo perde sua ordem interna e se torna líquido acima de uma certa temperatura; Os ímãs 3-D também perdem sua magnetização acima de uma temperatura crítica. Isso é chamado de transição de fase e é um processo sempre presente em objetos 3-D.

p Contudo, o que acontece com os sistemas 1D e 2-D em baixas temperaturas? Eles experimentam uma transição de fase? Em outras palavras, veremos uma transição do sólido para o líquido em uma cadeia de moléculas de água (1D) ou em uma folha de água com um átomo de espessura (2-D)?

p Cerca de um século atrás, o físico Wilhelm Lenz pediu a seu aluno Ernst Ising que resolvesse esse problema para sistemas 1D. Ising explicou isso em 1925 e concluiu que os materiais 1D não têm transições de fase. Então, Ising tentou lidar com a mesma questão para um tipo específico de materiais 2-D. O problema acabou sendo muito mais difícil. A solução veio em 1943, cortesia de Lars Onsager, que recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1968. Na verdade, Onsager descobriu que os materiais, que seguem o modelo de rotação de Ising, tem uma transição de fase. Contudo, apesar da enorme importância que esta teoria tem no desenvolvimento seguinte de toda a física das transições de fase, nunca foi testado experimentalmente usando um material magnético real. "A física dos sistemas 2-D é única e empolgante. A solução Onsager é ensinada em todos os cursos de mecânica estatística avançada. Foi aí que aprendi esse problema. No entanto, quando descobri muito mais tarde que não foi testado experimentalmente com um material magnético, Eu pensei que era uma pena para experimentalistas como eu, então foi natural para mim procurar um material real para testá-lo, "explica PARK Je-Geun.

p Para provar o modelo Onsager, a equipe de pesquisa produziu cristais de tritiohipofosfato de ferro (FePS3) com uma técnica chamada transporte químico de vapor. Os cristais são feitos de camadas ligadas por interações fracas, conhecidas como interações de Van der Waals. As camadas podem ser removidas do cristal usando fita adesiva, da mesma forma que a fita pode remover a tinta de uma parede. Os cientistas descascaram as camadas até que sobraram apenas uma camada de FePS3 (2-D). "Podemos chamar esses materiais de materiais Van der Waals magnéticos ou grafeno magnético:eles são magnéticos e têm ligações de Van der Waals fáceis de clivar entre as camadas. Eles são muito raros, e sua física ainda é inexplorada, "diz o professor.

p Embora existam vários métodos para medir as propriedades magnéticas de materiais 3D em massa, essas técnicas não têm uso prático para medir sinais magnéticos provenientes de materiais de monocamada. Portanto, a equipe usou a espectroscopia Raman, uma técnica normalmente usada para medir vibrações dentro do material. Eles usaram vibrações como uma medida indireta de magnetismo, quanto mais vibrações, quanto menos magnetização.

p A equipe de Park e colegas primeiro usaram a espectroscopia Raman em material FePS3 3-D a granel em diferentes temperaturas e, em seguida, testaram a monocamada 2-D de FePS3. "O teste com a amostra geral nos mostrou que os sinais Raman podem ser usados ​​como uma espécie de impressão digital da transição de fase em temperaturas em torno de 118 Kelvin, ou menos 155 graus Celsius. Com esta confirmação, medimos então a amostra de monocamada e encontramos os mesmos padrões, "destaca Park." Concluímos que 3-D e 2-D FePS3 têm a mesma assinatura da transição de fase visível no espectro Raman. "Tanto na amostra global quanto na monocamada, Os spins FePS3 'são solicitados (antiferromagnéticos) em temperaturas muito baixas, e ficar desordenado (paramagnético) acima de 118 graus Kelvin. "Mostrar a transição de fase magnética com este experimento tour-de-force é um belo teste para a solução Onsager, "conclui o físico.

p No futuro, a equipe gostaria de estudar outros materiais de metal de transição 2-D, indo além do modelo de spin de Ising 2-D.