p A descoberta de um efeito físico sem precedentes em um novo material artificial representa um marco significativo no longo processo de desenvolvimento de materiais "feitos sob medida" e eletrônicos com maior eficiência energética. p A eletrônica baseada em silício de hoje consome uma parte substancial e cada vez maior da energia mundial. Vários pesquisadores estão explorando as propriedades de materiais que são mais complexos do que o silício, mas que são promissores para os dispositivos eletrônicos de amanhã - e que consomem menos eletricidade. De acordo com esta abordagem, cientistas da Universidade de Genebra (UNIGE) têm trabalhado em colaboração com o Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne (EPFL), a Universidade de Zurique, o Flatiron Institute de Nova York e a University of Liège. Os cientistas descobriram um fenômeno físico até então desconhecido em um material artificial feito de camadas muito finas de níquelato. Isso pode ser explorado para controlar com precisão algumas das propriedades eletrônicas do material, como a transição repentina de um estado condutivo para um isolante. Também pode ser usado para desenvolver novos, dispositivos mais eficientes em termos de energia. Você pode ler mais sobre esse avanço tecnológico na revista. Materiais da Natureza .

p "Os níquelatos são conhecidos por uma característica especial:eles mudam repentinamente de um estado de isolamento para o de um condutor elétrico quando sua temperatura sobe acima de um certo limite, "começa Jean-Marc Triscone, professora titular do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE. "Essa temperatura de transição varia de acordo com a composição do material."

p Os níquelatos são formados a partir de um óxido de níquel com a adição de um átomo pertencente aos chamados elementos de "terras raras" (ou seja, um conjunto de 17 elementos da Tabela Periódica). Quando esta terra rara é samário (Sm), por exemplo, o salto do isolador de metal ocorre em torno de 130 ° C, enquanto se for neodímio (Nd), o limite cai para -73 ° C. Essa diferença é explicada pelo fato de que quando Sm é substituído por Nd, a estrutura cristalina do composto é deformada - e é essa deformação que controla o valor da temperatura de transição.

p Em sua tentativa de aprender mais sobre esses materiais, os cientistas sediados em Genebra estudaram amostras compostas de camadas repetidas de níquelato de samário depositadas em camadas de níquelato de neodímio - uma espécie de "super sanduíche" onde todos os átomos estão perfeitamente organizados.

p Se comportando como um único material

p Claribel Domínguez, pesquisador do Departamento de Física da Matéria Quântica e o primeiro autor do artigo, explica:"Quando as camadas são bastante espessas, eles se comportam de forma independente, com cada um mantendo sua própria temperatura de transição. Curiosamente, quando refinamos as camadas até que cada uma não tivesse mais do que oito átomos, toda a amostra começou a se comportar como um único material, com apenas um grande salto na condutividade em uma temperatura de transição intermediária. "

p Uma análise muito detalhada realizada por microscópio eletrônico na EPFL - apoiada por sofisticados desenvolvimentos teóricos realizados por colegas americanos e belgas - mostrou que a propagação das deformações na estrutura cristalina nas interfaces entre os materiais ocorre apenas em duas ou três camadas atômicas . De acordo, não é essa distorção que explica o fenômeno observado. Na realidade, é como se as camadas mais distantes soubessem de alguma forma que estão muito próximas da interface, mas sem serem fisicamente deformadas.

p Não é mágica

p "Não há nada de mágico nisso, "diz Jennifer Fowlie, pesquisador do Departamento de Física da Matéria Quântica e coautor do artigo. "Nosso estudo mostra que manter uma interface entre uma região condutora e uma região isolante, como é o caso em nossas amostras, é muito caro em termos de energia. Então, quando as duas camadas são finas o suficiente, eles são capazes de adotar um comportamento muito menos intensivo de energia, que consiste em se tornar um único material, seja totalmente metálico ou totalmente isolante, e com uma temperatura de transição comum. E tudo isso acontece sem que a estrutura cristalina seja alterada. Este efeito, ou acoplamento, é sem precedentes. "

p Esta descoberta foi possível graças ao apoio da Swiss National Science Foundation e do Q-MAC ERC Synergy Grant (Frontiers in Quantum Materials 'Control). Ele fornece uma nova maneira de controlar as propriedades de estruturas eletrônicas artificiais, que, Neste caso, é o salto de condutividade obtido pelos pesquisadores de Genebra em seu níquelato composto, o que representa um passo importante para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos. Os níquelatos podem ser usados ​​em aplicações como transistores piezoelétricos (reagindo à pressão).

p De forma geral, o trabalho de Genebra se encaixa em uma estratégia de produção de materiais artificiais "por design, "ou seja, com propriedades que atendem a uma necessidade específica. Este caminho, que está sendo seguido por muitos pesquisadores ao redor do mundo, é uma promessa para a futura eletrônica com eficiência energética.