Tecnologia Científica

Os físicos encontram as origens do 'magnon' no ímã 2D
O spin é uma característica intrínseca dos objetos quânticos e os spins dos elétrons desempenham um papel fundamental na geração do magnetismo.
Por Jade Boyd - 01/09/2021


O estudante de graduação da Universidade Rice, Lebing Chen, usou um forno de alta temperatura para fazer cristais de triiodeto de cromo que produziram os materiais 2D para experimentos na Fonte de Nêutrons de Espalação do Laboratório Nacional de Oak Ridge. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University

Os físicos do arroz confirmaram as origens topológicas dos magnons, características magnéticas que eles descobriram há três anos em um material 2D que pode ser útil para codificar informações nos spins dos elétrons.

A descoberta, descrita em um estudo publicado online esta semana no jornal Physical Review X da American Physical Society , fornece uma nova compreensão das excitações de spin orientadas pela topologia em materiais conhecidos como ímãs 2D de van der Waals. Os materiais são de interesse crescente para a spintrônica, um movimento na comunidade de eletrônicos de estado sólido em direção a tecnologias que usam spins de elétrons para codificar informações para computação, armazenamento e comunicações.

O spin é uma característica intrínseca dos objetos quânticos e os spins dos elétrons desempenham um papel fundamental na geração do magnetismo.

O físico do arroz Pengcheng Dai, co-autor correspondente do estudo Physical Review X , disse que experimentos inelásticos de espalhamento de nêutrons no material 2D de tri-iodo de cromo confirmaram a origem da natureza topológica das excitações de spin, chamadas magnons, que seu grupo e outros descobriram no material em 2018.

Os últimos experimentos do grupo no Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) Spallation Neutron Source mostraram que "o acoplamento spin-órbita induz interações assimétricas entre spins" de elétrons no tri-iodo de cromo, disse Dai. "Como resultado, os spins do elétron sentem o campo magnético dos núcleos em movimento de forma diferente, e isso afeta suas excitações topológicas."

Em materiais van der Waals, camadas 2D atomicamente finas são empilhadas como páginas de um livro. Os átomos dentro das camadas estão fortemente ligados, mas as ligações entre as camadas são fracas. Os materiais são úteis para explorar comportamentos eletrônicos e magnéticos incomuns. Por exemplo, uma única folha 2D de tri-iodo de cromo tem o mesmo tipo de ordem magnética que faz com que os decalques magnéticos grudem em um refrigerador de metal. Pilhas de três ou mais camadas 2D também têm essa ordem magnética, que a física chama de ferromagnética. Mas duas folhas empilhadas de tri-iodo de cromo têm uma ordem oposta chamada antiferromagnética.

Esse estranho comportamento levou Dai e colegas a estudar o material. Lebing Chen, estudante de pós-graduação em arroz, autor principal do estudo Physical Review X desta semana e do estudo de 2018 no mesmo periódico, desenvolveu métodos para fazer e alinhar folhas de triiodeto de cromo para experimentos no ORNL. Bombardeando essas amostras com nêutrons e medindo as excitações de spin resultantes com espectrometria de tempo de voo de nêutrons, Chen, Dai e colegas podem discernir características e comportamentos desconhecidos do material.
 
Em seu estudo anterior, os pesquisadores mostraram que o tri-iodo de cromo cria seu próprio campo magnético graças aos magnons que se movem tão rápido que parecem estar se movendo sem resistência. Dai disse que o último estudo explica porque uma pilha de duas camadas 2-D de triiodeto de cromo tem ordem antiferromagnética.

"Encontramos evidências de uma ordem magnética dependente do empilhamento no material", disse Dai. Descobrir as origens e os principais recursos do estado é importante porque ele poderia existir em outros ímãs 2D van der Waals.

Outros co-autores incluem Bin Gao de Rice, Jae-Ho Chung da Universidade da Coreia, Matthew Stone, Alexander Kolesnikov, Barry Winn, Ovidiu Garlea e Douglas Abernathy de ORNL e Mathias Augustin e Elton Santos da Universidade de Edimburgo.

 

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