Materiais ultrafinos feitos de uma única camada de átomos atraíram a atenção dos cientistas desde a descoberta do primeiro desses materiais - o grafeno - há cerca de 17 anos. Entre outros avanços desde então, pesquisadores, incluindo os de um laboratório pioneiro do MIT, descobriram que empilhar folhas individuais de materiais 2D, e às vezes torcendo-os em um leve ângulo um do outro, pode dar-lhes novas propriedades, da supercondutividade ao magnetismo.

Agora, físicos do MIT do mesmo laboratório e colegas fizeram exatamente isso com nitreto de boro, conhecido como "grafeno branco" em parte porque tem uma estrutura atômica semelhante à de seu famoso primo. A equipe mostrou que, quando duas folhas únicas de nitreto de boro são empilhadas paralelamente, o material se torna ferroelétrico, em que cargas positivas e negativas no material vão espontaneamente para lados diferentes, ou pólos. Após a aplicação de um campo elétrico externo, essas cargas mudam de lado, invertendo a polarização. Mais importante, tudo isso acontece à temperatura ambiente.

O novo material, que funciona por meio de um mecanismo que é completamente diferente dos materiais ferroelétricos existentes, poderia ter muitas aplicações.

"Grandes variedades de propriedades físicas já foram descobertas em vários materiais 2D. Agora podemos facilmente empilhar o nitreto de boro ferroelétrico com outras famílias de materiais para gerar propriedades emergentes e novas funcionalidades, "diz Pablo Jarillo-Herrero, o Cecil e Ida Green Professor de Física e líder do trabalho, que foi relatado na revista Science. Jarillo-Herrero também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT.

Além de Jarillo-Herrero, autores adicionais do artigo são Kenji Yasuda, um pós-doutorado do MIT; Xirui Wang, um estudante de pós-graduação do MIT em física, e Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão.

Aplicações potenciais

Entre as aplicações potenciais do novo material ferroelétrico ultrafino, "uma possibilidade interessante é usá-lo para armazenamento de memória mais denso, "diz Yasuda, autor principal do artigo da Science. Isso porque a mudança da polarização do material pode ser usada para codificar uns e zeros - informação digital - e essa informação será estável ao longo do tempo. Ele não mudará a menos que um campo elétrico seja aplicado. No artigo da Science, a equipe relata um experimento de prova de princípio mostrando essa estabilidade.

Como o novo material tem apenas bilionésimos de metro de espessura - é um dos mais finos ferroelétricos já feitos -, ele também poderia permitir um armazenamento de memória de computador muito mais denso.

A equipe descobriu ainda que torcer as folhas paralelas de nitreto de boro em um ligeiro ângulo entre si resultou em mais um "tipo completamente novo de estado ferroelétrico, "Diz Yasuda. Esta abordagem geral, conhecido como twistronics, foi iniciado pelo grupo Jarillo-Herrero, que o usou para alcançar supercondutividade não convencional em grafeno.

Nova Física

O novo material ferroelétrico ultrafino também é empolgante porque envolve uma nova física. O mecanismo por trás de seu funcionamento é completamente diferente daquele dos materiais ferroelétricos convencionais.

Diz Yasuda, "A comutação ferroelétrica fora do plano ocorre através do movimento deslizante no plano entre duas folhas de nitreto de boro. Este acoplamento único entre a polarização vertical e o movimento horizontal é possibilitado pela rigidez lateral do nitreto de boro."

Em direção a outros ferroelétricos

Yasuda observa que outros novos ferroelétricos poderiam ser produzidos usando a mesma técnica descrita na Science. "Nosso método para transformar um material de partida não ferroelétrico em um ferroelétrico ultrafino se aplica a outros materiais com estruturas atômicas semelhantes ao nitreto de boro, para que possamos expandir amplamente a família de ferroelétricos. Apenas alguns ferroelétricos ultrafinos existem hoje, “Diz ele. Os pesquisadores estão trabalhando atualmente para isso e têm tido alguns resultados promissores.

O laboratório Jarillo-Herrero é um pioneiro na manipulação e exploração de ultrafinos, materiais bidimensionais como o grafeno. No entanto, a conversão de nitreto de boro ultrafino em ferroelétrico foi inesperada.

Diz Xirui Wang:

"Ainda me lembro de quando estávamos fazendo as medições e vimos um salto incomum nos dados. Decidimos que deveríamos executar o experimento novamente, e quando o fizemos repetidas vezes, confirmamos que algo novo estava acontecendo. "