Os fa­sicos do arroz confirmaram as origens topola³gicas dos magnons, caracteri­sticas magnanãticas que eles descobriram hátrês anos em um material 2D que pode ser útil para codificar informações nos spins dos elanãtrons.

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 a­ma£s 2D de van der Waals. Os materiais são de interesse crescente para a spintra´nica, um movimento na comunidade de eletra´nicos de estado sãolido em direção a tecnologias que usam spins de elanãtrons para codificar informações para computação, armazenamento e comunicações.

O spin éuma caracterí­stica intra­nseca dos objetos qua¢nticos e os spins dos elanãtrons desempenham um papel fundamental na geração do magnetismo.

O fa­sico do arroz Pengcheng Dai, co-autor correspondente do estudo Physical Review X , disse que experimentos inela¡sticos de espalhamento de naªutrons no material 2D de tri-iodo de cromo confirmaram a origem da natureza topola³gica das excitações de spin, chamadas magnons, que seu grupo e outros descobriram no material em 2018.

Os últimos experimentos do grupo no Laborata³rio Nacional Oak Ridge (ORNL) Spallation Neutron Source mostraram que "o acoplamento spin-a³rbita induz interações assimanãtricas entre spins" de elanãtrons no tri-iodo de cromo, disse Dai. "Como resultado, os spins do elanãtron sentem o campo magnético dos núcleos em movimento de forma diferente, e isso afeta suas excitações topola³gicas."

Em materiais van der Waals, camadas 2D atomicamente finas são empilhadas como pa¡ginas de um livro. Os a¡tomos dentro das camadas estãofortemente ligados, mas as ligações entre as camadas são fracas. Os materiais são aºteis para explorar comportamentos eletra´nicos e magnanãticos incomuns. Por exemplo, uma única folha 2D de tri-iodo de cromo tem o mesmo tipo de ordem magnanãtica que faz com que os decalques magnanãticos grudem em um refrigerador de metal. Pilhas de três ou mais camadas 2D também tem essa ordem magnanãtica, que a física chama de ferromagnanãtica. Mas duas folhas empilhadas de tri-iodo de cromo tem uma ordem oposta chamada antiferromagnanãtica.

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 peria³dico, desenvolveu manãtodos para fazer e alinhar folhas de triiodeto de cromo para experimentos no ORNL. Bombardeando essas amostras com naªutrons e medindo as excitações de spin resultantes com espectrometria de tempo de voo de naªutrons, Chen, Dai e colegas podem discernir caracteri­sticas e comportamentos desconhecidos do material.

Em seu estudo anterior, os pesquisadores mostraram que o tri-iodo de cromo cria seu pra³prio 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 antiferromagnanãtica.

"Encontramos evidaªncias de uma ordem magnanãtica dependente do empilhamento no material", disse Dai. Descobrir as origens e os principais recursos do estado éimportante porque ele poderia existir em outros a­ma£s 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.