Em uma camada bidimensional de dissulfeto de molibdênio, a interação elétron-elétron (fios azuis) força os spins dos elétrons (esferas violetas) a se alinharem. Crédito:Departamento de Física, Universidade da Basileia
Físicos da Universidade de Basel demonstraram o alinhamento do spin de elétrons livres em um material bidimensional. Escrevendo na última edição de Nature Nanotechnology , eles descreveram sua observação de polarização de spin espontânea, que não pode ocorrer em materiais bidimensionais ideais de acordo com um teorema bem conhecido da década de 1960.
Os materiais bidimensionais são objeto de numerosos estudos. Como eles têm apenas algumas camadas atômicas de espessura, eles têm propriedades físicas diferentes de seus equivalentes tridimensionais. Grafeno, uma única camada de átomos de carbono dispostos em um padrão de favo de mel, promete entregar aplicações inteiramente novas graças às suas notáveis propriedades eletrônicas e é o exemplo mais conhecido deste grupo de materiais inovadores.
O professor Richard Warburton, do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel, lidera um grupo de estudos de materiais bidimensionais que também são adequados para aplicações ópticas. Um candidato particularmente promissor é uma única monocamada de dissulfeto de molibdênio (MoS 2 ), como este material tem um gap - ao contrário do grafeno - e pode, portanto, emitir luz quando excitado.
Tudo na mesma direção
Agora, nas últimas análises de camadas bidimensionais de dissulfeto de molibdênio, os alunos de doutorado Jonas Roch e Nadine Leisgang fizeram uma descoberta muito surpreendente. Eles encheram o MoS 2 camada com elétrons livres e, em seguida, expôs a um campo magnético fraco.
Isso fez com que o momento angular intrínseco (spin) de todos os elétrons livres apontassem na mesma direção, e o spin poderia ser "mudado" para a outra direção, invertendo o campo magnético. Conhecida como "polarização de spin espontânea, "esse fenômeno foi uma surpresa completa porque um teorema da década de 1960 exclui a polarização de spin espontânea em um material bidimensional ideal.
"De onde vem a polarização do spin? Os elétrons estão interagindo uns com os outros, e o dissulfeto de molibdênio também exibe um acoplamento spin-órbita muito fraco. Esses dois fatores presumivelmente têm uma grande influência no sistema, "explica Jonas Roch. A formulação do teorema de 1966 assumiu uma ausência de interação spin-órbita.
"Os resultados mostram como a física experimental pode ser empolgante, e como estamos constantemente aprendendo coisas novas sobre materiais bidimensionais, "diz Richard Warburton.
