p Desde a descoberta do grafeno em 2004, cientistas procuraram maneiras de colocar esse talento, material 2-D atomicamente fino para funcionar. Mais fino que uma única fita de DNA, mas 200 vezes mais forte que o aço, o grafeno é um excelente condutor de eletricidade e calor, e pode se adaptar a qualquer número de formas, a partir de uma folha 2-D ultrafina, a um circuito eletrônico. p Ano passado, uma equipe de pesquisadores liderada por Feng Wang, um cientista da faculdade de Berkeley Lab's Materials Sciences Division e um professor de física da UC Berkeley, desenvolveu um dispositivo multitarefa de grafeno que muda de um supercondutor que conduz eletricidade de forma eficiente, a um isolador que resiste ao fluxo de corrente elétrica, e de volta para um supercondutor.

p Agora, conforme relatado hoje no jornal Natureza , os pesquisadores exploraram o talento de seu sistema de grafeno para fazer malabarismos não apenas com duas propriedades, mas três:supercondutor, isolante, e um tipo de magnetismo denominado ferromagnetismo. O dispositivo multitarefa pode possibilitar novos experimentos de física, como pesquisas na busca de um circuito elétrico para mais rápido, eletrônica de última geração, como tecnologias de computação quântica.

p "Até aqui, materiais mostrando simultaneamente supercondutores, isolante, e as propriedades magnéticas têm sido muito raras. E a maioria das pessoas acreditava que seria difícil induzir magnetismo no grafeno, porque normalmente não é magnético. Nosso sistema de grafeno é o primeiro a combinar todas as três propriedades em uma única amostra, "disse Guorui Chen, um pesquisador de pós-doutorado no Ultrafast Nano-Optics Group de Wang na UC Berkeley, e o autor principal do estudo.

p Usando eletricidade para ligar o potencial oculto do grafeno

p O grafeno tem muito potencial no mundo da eletrônica. Sua estrutura atomicamente fina, combinada com sua robusta condutividade eletrônica e térmica, "poderia oferecer uma vantagem única no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e de armazenamento de memória de próxima geração, "disse Chen, que também trabalhou como pesquisador de pós-doutorado na Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab na época do estudo.

p O problema é que os materiais magnéticos usados ​​na eletrônica hoje são feitos de metais ferromagnéticos, tais como ligas de ferro ou cobalto. Materiais ferromagnéticos, como o ímã de barra comum, tem um pólo norte e um pólo sul. Quando materiais ferromagnéticos são usados ​​para armazenar dados no disco rígido de um computador, esses pólos apontam para cima ou para baixo, representando zeros e uns - chamados de bits.

p Grafeno, Contudo, não é feito de um metal magnético - é feito de carbono.

p Então, os cientistas criaram uma solução alternativa criativa.

p Eles desenvolveram um dispositivo ultrafino, apenas 1 nanômetro de espessura, apresentando três camadas de grafeno atomicamente fino. Quando imprensado entre camadas 2-D de nitreto de boro, as camadas de grafeno - descritas como grafeno de três camadas no estudo - formam um padrão de repetição chamado superrede moiré.

p Ao aplicar tensões elétricas através das portas do dispositivo de grafeno, a força dos elétrons estimulados pela eletricidade no dispositivo para circular na mesma direção, como carros minúsculos correndo em uma pista. Isso gerou um forte impulso que transformou o dispositivo de grafeno em um sistema ferromagnético.

p Mais medições revelaram um surpreendente novo conjunto de propriedades:o interior do sistema de grafeno não apenas se tornou magnético, mas também isolante; e apesar do magnetismo, suas bordas externas se transformaram em canais de corrente eletrônica que se movem sem resistência. Essas propriedades caracterizam uma classe rara de isoladores conhecidos como isoladores de Chern, disseram os pesquisadores.

p Ainda mais surpreendente, cálculos do co-autor Ya-Hui Zhang do Instituto de Tecnologia de Massachusetts revelaram que o dispositivo de grafeno não tem apenas um, mas duas bordas condutoras, tornando-o o primeiro "isolador Chern de alta ordem observado, "uma consequência das fortes interações elétron-elétron no grafeno de três camadas.

p Os cientistas estão em busca de isoladores de Chern em um campo de pesquisa conhecido como topologia, que investiga estados exóticos da matéria. Os isoladores de Chern oferecem novas maneiras potenciais de manipular informações em um computador quântico, onde os dados são armazenados em bits quânticos, ou qubits. Um qubit pode representar um, um zero, ou um estado em que é um e zero ao mesmo tempo.

p "Nossa descoberta demonstra que o grafeno é uma plataforma ideal para estudar diferentes física, variando da física de uma única partícula, para supercondutividade, e agora a física topológica para estudar as fases quânticas da matéria em materiais 2-D, "Chen disse." É empolgante que agora possamos explorar uma nova física em um dispositivo minúsculo com apenas 1 milionésimo de milímetro de espessura.

p Os pesquisadores esperam realizar mais experimentos com seu dispositivo de grafeno para ter uma melhor compreensão de como o isolador / ímã de Chern surgiu, e a mecânica por trás de suas propriedades incomuns.