Pesquisadores fabricam com sucesso nanobastões ultrafinos de NiS com simetria separada ao longo de duas direções
(a) Imagem TEM dos nanobastões de NiS ultrafinos com diâmetro de ~ 2,7 nm. (b) imagem ADF-STEM e (c) padrão FFT correspondente do nanobastão ultrafino na direção radial. (d) imagem ADF-STEM e (e) padrão FFT correspondente do nanobastão ultrafino na seção axial. (fg) Imagem ADF-STEM e a imagem ampliada do nanobastão NiS mais espesso com diâmetro de ~ 6 nm na direção radial. (h-i) Imagem ADF-STEM e a imagem ampliada do nanobastão NiS espesso na direção axial. As esferas azuis e amarelas em (g) e (i) representam os átomos de Ni e S, respectivamente. Crédito:Science China Press A simetria cristalina é um conceito fundamental na ciência dos materiais, desempenhando um papel crucial na determinação das relações estrutura-propriedade. Normalmente, um cristal é um sólido composto de unidades estruturais que se repetem periodicamente no espaço tridimensional, formando um sistema que exibe simetria translacional e rotacional.
Quando formas específicas de simetria dentro do sistema são perturbadas devido a processos espontâneos ou influências externas, frequentemente surgem novos fenômenos físicos e propriedades químicas. No entanto, extensos esforços no projeto e regulação de configurações atômicas em materiais concentraram-se principalmente na manipulação de formas geométricas, dopagem química e ambientes locais; novos tipos de materiais simétricos raramente são relatados.
Para colmatar esta lacuna, uma equipa de investigação composta pelo Professor Lin Guo da Universidade Beihang, pelo Professor Renchao Che da Universidade Fudan, pelo Professor Lin Gu da Universidade Tsinghua e pelo Professor Er-Jia Guo do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, relatou um Nanobastão ultrafino NiS apresentando uma nova distribuição de simetria. As descobertas foram publicadas na revista National Science Review .
O arranjo atômico deste nanobastão exibe simetria rotacional radial e simetria translacional axial. Esta é a primeira demonstração de separação de simetria relacionada à direção dentro de uma única nanoestrutura, que vai além das descrições tradicionais de estruturas materiais em grupos espaciais tridimensionais e grupos de pontos conhecidos, superando as definições convencionais de cristalografia.
Devido à sua estrutura cristalina única, o nanobastão exibe simultaneamente propriedades magnéticas combinadas de domínios magnéticos listrados e de vórtice em diferentes direções. A caracterização estrutural detalhada revelou que o perfil transversal dos nanobastões de NiS exibe distintamente padrões atômicos regulares de cinco anéis, em vez de redes periódicas tradicionais. Radialmente, os nanobastões de NiS exibem simetria rotacional, mas carecem de simetria translacional.
Em contraste, quando observados lateralmente, os nanobastões de NiS apresentam periodicidade translacional regular. No entanto, a presença apenas de listras horizontais e uma estrutura atômica desordenada na escala atômica indica que a periodicidade da projeção radial dos átomos está desordenada e a simetria radial está perturbada.
Resultados experimentais demonstram que os nanobastões de NiS exibem apenas simetria rotacional e translacional semelhante a um cristal tradicional quando crescem até um determinado diâmetro.
Hologramas de elétrons TEM e distribuição reconstruída de domínios magnéticos de nanobastões de NiS ao longo das direções axial (a e c) e radial (b e d), respectivamente. Distribuição simulada de momentos magnéticos nas direções axial (e) e radial (f), respectivamente. (g) e (h), O campo cristalino Ni-S no cristal NiS e na superfície reconstruída (100). (i) e (j) O magnetismo não colinear calculado para o nanobastão NiS com estrutura de três camadas, mostrado ao longo da direção radial e axial, respectivamente. Crédito:Science China Press
Além disso, a equipe de pesquisa usou a microscopia Lorentz para medir a distribuição magnética de nanobastões de NiS em nanoescala. Os resultados indicam que os nanobastões de NiS possuem domínios magnéticos listrados axialmente antiparalelos e domínios de vórtice dispostos radialmente, sugerindo que o arranjo de spin do elétron segue o arranjo atômico inerente.
Ao longo do eixo longo, o arranjo atômico ordenado de longo alcance produz spins alinhados e momentos magnéticos, formando paredes de domínio. Na direção radial, o arranjo circular dos átomos restringe a consistência do alinhamento dos spins, fazendo com que os momentos magnéticos formem um circuito fechado.
No final das contas, a separação de simetria observada em nanobastões de NiS demonstra a integração de múltiplas ordens magnéticas, um fenômeno não visto anteriormente em cristais tradicionais, quasicristais e materiais amorfos. Esta configuração magnética intrínseca induzida pela simetria cristalina única oferece novos materiais e conceitos de design para descobrir novos acoplamentos magnéticos e promover meios de gravação magnética não voláteis de alta densidade.
