Tecnologia Científica

Os fa­sicos projetam uma nova propriedade a partir do grafeno 'branco'
O novo material, que funciona por meio de um mecanismo completamente diferente dos materiais ferroelanãtricos existentes, pode ter muitas aplicações.
Por Elizabeth A. Thomson - 07/09/2021


Os pesquisadores e colegas do MIT relatam a criação de um novo material ultrafino com ferroeletricidade, uma propriedade que poderia dar ao material aplicações importantes na memória do computador e muito mais. Aqui Kenji Yasuda (a  esquerda), um pa³s-doutorado do MIT, e Xirui Wang, um estudante de pós-graduação em física do MIT, estãono laboratório do MIT - chave para o trabalho. Crédito: Kenji Yasuda e Xirui Wang

Materiais ultrafinos feitos de uma única camada de a¡tomos atraa­ram a atenção dos cientistas desde a descoberta do primeiro desses materiais - o grafeno - hácerca de 17 anos. Entre outros avanços desde então, pesquisadores, incluindo aqueles de um laboratório pioneiro do MIT, descobriram que empilhar folhas individuais de materiais 2D, e a s vezes torcaª-las em um pequeno a¢ngulo umas com as outras, pode dar a elas novas propriedades, da supercondutividade ao magnetismo.

Agora, fa­sicos 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 a  de seu famoso primo. A equipe mostrou que, quando duas folhas únicas de nitreto de boro são empilhadas paralelamente, o material se torna ferroelanãtrico, no qual cargas positivas e negativas no material seguem espontaneamente para lados ou polos diferentes. Apa³s a aplicação de um campo elanãtrico externo, essas cargas trocam de lado, invertendo a polarização. a‰ importante ressaltar que tudo isso acontece em temperatura ambiente.

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

"Grandes variedades de propriedades físicas já foram descobertas em vários materiais 2D. Agora podemos facilmente empilhar o nitreto de boro ferroelanãtrico com outras fama­lias de materiais para gerar propriedades emergentes e novas funcionalidades", diz Pablo Jarillo-Herrero, o professor Cecil e Ida Green de Fa­sica e lider do trabalho, que foi relatado na revista Science. Jarillo-Herrero também éafiliado ao Laborata³rio de Pesquisa de Materiais do MIT.

Além de Jarillo-Herrero, outros autores do artigo são Kenji Yasuda, um pa³s-doutorado do MIT; Xirui Wang, um estudante de pós-graduação em física do MIT, e Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japa£o.

Aplicações potenciais

Entre as aplicações potenciais do novo material ferroelanãtrico ultrafino, "uma possibilidade excitante éusa¡-lo para armazenamento de memória mais densa", disse Yasuda, principal autor do artigo da Science. Isso porque trocar a polarização do material pode ser usado para codificar uns e zeros - informações digitais - e essas informações sera£o esta¡veis ​​com o tempo. Nãomudara¡ a menos que um campo elanãtrico seja aplicado. No artigo da Science, a equipe relata um experimento de prova de princa­pio mostrando essa estabilidade.

Como o novo material tem apenas bilionanãsimos de metro de espessura - éum dos mais finos ferroelanãtricos 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 a¢ngulo umas com as outras resultou em outro "tipo completamente novo de estado ferroelanãtrico", disse Yasuda. Essa abordagem geral, conhecida como twistra´nica, foi iniciada pelo grupo Jarillo-Herrero, que a utilizou para alcana§ar a supercondutividade não convencional em grafeno.

Nova Fa­sica

O novo material ferroelanãtrico ultrafino também éempolgante porque envolve uma nova física. O mecanismo por trás de seu funcionamento écompletamente diferente daquele dos materiais ferroelanãtricos convencionais .

Diz Yasuda: "A comutação ferroelanãtrica fora do plano ocorre por meio do movimento deslizante no plano entre duas folhas de nitreto de boro. Este acoplamento aºnico entre a polarização vertical e o movimento horizontal épossibilitado pela rigidez lateral do nitreto de boro."

Em direção a outros ferroelanãtricos

Yasuda observa que outros novos ferroelanãtricos poderiam ser produzidos usando a mesma técnica descrita na Science. "Nosso manãtodo para transformar um material de partida não ferroelanãtrico em um ferroelanãtrico ultrafino se aplica a outros materiais com estruturas atômicas semelhantes ao nitreto de boro, para que possamos expandir amplamente a familia dos ferroelanãtricos. Apenas alguns poucos ferroelanãtricos ultrafinos existem hoje", disse ele. Os pesquisadores estãotrabalhando atualmente para esse fim e tem obtido alguns resultados promissores.

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

Diz Xirui Wang:

"Ainda me lembro de quando esta¡vamos fazendo as medições e vimos um salto incomum nos dados. Decidimos que devera­amos executar o experimento novamente e, quando o fizemos várias vezes, confirmamos que algo novo estava acontecendo."

 

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