Todos nós estamos familiarizados com a imagem dos elétrons passando ao redor do núcleo do átomo e formando ligações químicas em moléculas e materiais. Mas o que é menos conhecido é que os elétrons têm uma propriedade única adicional:o spin. É difícil fazer uma analogia, mas pode-se descrever grosseiramente o spin do elétron como um pião girando em torno de seu eixo. Mas o que é ainda mais interessante é que, quando os spins dos elétrons se alinham em um material, isso leva ao conhecido fenômeno do magnetismo.

Um dos campos mais avançados em tecnologia é a spintrônica, um esforço ainda experimental para projetar e construir dispositivos - como computadores e memórias - que funcionam com o giro do elétron, em vez de apenas o movimento de cargas (que conhecemos como corrente elétrica). Mas essas aplicações exigem novos materiais magnéticos com novas propriedades. Por exemplo, seria uma grande vantagem se o magnetismo ocorresse em uma camada extremamente fina de material - os chamados materiais bidimensionais (2-D) que incluem o grafeno, que é basicamente uma camada de grafite com a espessura de um átomo.

Contudo, encontrar materiais magnéticos 2-D é um desafio. Iodeto de cromo (CrI ₃ ) revelou recentemente muitas propriedades interessantes, mas se degrada rapidamente em condições ambientais e sua natureza de isolamento não promete muito em termos de aplicações de spintrônica, a maioria dos quais requer materiais magnéticos metálicos e estáveis ​​ao ar.

Agora, os grupos de Andras Kis e Oleg Yazyev na EPFL encontraram um novo ímã 2-D metálico e estável ao ar:disseleneto de platina (PtSe ₂ ) A descoberta foi feita por Ahmet Avsar, um pós-doutorado no laboratório de Kis, que estava realmente procurando por algo totalmente diferente.

Para explicar a descoberta do magnetismo em PtSe ₂ , os pesquisadores primeiro usaram cálculos baseados na teoria do funcional da densidade, um método que modela e estuda a estrutura de sistemas complexos com muitos elétrons, como materiais e nanoestruturas. A análise teórica mostrou que o magnetismo de PtSe ₂ é causada pelos chamados "defeitos" em sua superfície, que são irregularidades no arranjo dos átomos. "Mais de uma década atrás, encontramos um cenário um tanto semelhante para defeitos no grafeno, mas PtSe ₂ foi uma surpresa total para nós, "diz Oleg Yazyev.

Os pesquisadores confirmaram a presença de magnetismo no material com uma poderosa técnica de medição de magneto-resistência. O magnetismo foi surpreendente, uma vez que PtSe perfeitamente cristalino ₂ é suposto ser não magnético. "Esta é a primeira vez que o magnetismo induzido por defeito neste tipo de materiais 2-D é observado, "diz Andras Kis." Ele expande a gama de ferromagnetos 2-D em materiais que, de outra forma, seriam negligenciados por técnicas massivas de mineração de banco de dados. "

Removendo ou adicionando uma camada de PtSe ₂ é o suficiente para mudar a maneira como os spins se comunicam entre si através das camadas. E o que o torna ainda mais promissor é o fato de que seu magnetismo, mesmo dentro da mesma camada, pode ser ainda manipulado colocando defeitos estrategicamente em sua superfície - um processo conhecido como "engenharia de defeitos" que pode ser realizado irradiando a superfície do material com feixes de elétrons ou prótons.

"Esses ímãs metálicos ultrafinos poderiam ser integrados na próxima geração de dispositivos de memória de acesso aleatório magnético de torque de transferência de rotação (STT MRAM)", diz Ahmet Avsar. "Os ímãs 2-D podem reduzir a corrente crítica necessária para mudar a polaridade magnética, e nos ajude com uma maior miniaturização. Esses são os principais desafios que as empresas esperam resolver. "