Estado eletrônico raro descoberto quando o grafeno se acumula: WebCuriosos

O material superespecial grafeno continua a surpreender e fascinar os cientistas, desta vez revelando um estado eletrônico raro denominado 'ferro-valleytricidade', que ocorre quando o grafeno é empilhado em uma combinação específica de cinco camadas.

Quando neste novo estado, a pilha de grafeno exibe estranhas e maravilhosas propriedades magnéticas e comportamento eletrônicoconforme relatado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Universidade de Harvard e do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão.

Usar o grafeno dessa forma poderia ajudar no desenvolvimento de computadores clássicos e quânticos, segundo a equipe, principalmente no que diz respeito à criação de soluções de armazenamento de dados que oferecem grandes capacidades, mas que também necessitam de relativamente pouca energia para funcionar.

“O grafeno é um material fascinante”, diz físico Long Ju do MIT. “Cada camada que você adiciona fornece essencialmente um novo material.”

“E agora esta é a primeira vez que vemos ferro-valleytricidade e magnetismo não convencional em cinco camadas de grafeno. Mas não vemos essa propriedade em uma, duas, três ou quatro camadas.”

Materiais ferroicos mostram algum tipo de comportamento coordenado em suas propriedades elétricas, magnéticas ou estruturais – como um ímã, por exemplo, que possui elétrons que giram e apontam na mesma direção sem serem direcionados por um campo magnético externo.

Em outros materiais, os elétrons podem, em vez disso, alinhar-se em pequenos redemoinhos. Ser multiferróicoo mesmo material deve exibir vários tipos de comportamento coordenado.

Com base nos seus cálculos, os investigadores pensaram que o grafeno poderia tornar-se multiferróico se cinco camadas fossem dispostas numa padrão romboédrico (não muito diferente de cercas de arame empilhadas umas sobre as outras).

É importante ressaltar que isso cria um ambiente onde os elétrons são desacelerados e o alinhamento ferroico começa a acontecer. Através de uma análise detalhada dos flocos de grafeno que se formaram naturalmente em cinco camadas e neste padrão específico, os investigadores observaram de facto um comportamento multiferróico.

Primeiro, houve o magnetismo não convencional, onde os elétrons coordenavam suas movimento orbital (em vez de seu giro ou rotação, como em um ímã padrão). Em segundo lugar, os elétrons mostraram uma tendência a se estabelecerem em um “vale” eletrônico específico (ou estado de baixa energia), enquanto no grafeno padrão eles não mostram qualquer preferência.

A equipe demonstrou que ambas as propriedades ferroicas poderiam ser controladas por um campo elétrico. Embora tudo isso permaneça de alto nível e técnico por enquanto, eventualmente poderia ser usado para desenvolver chips de computador capazes de armazenar o dobro dos dados – porque os elétrons do material podem ser manipulados de duas maneiras, em vez de uma.

“Sabíamos que algo interessante aconteceria nesta estrutura, mas não sabíamos exatamente o quê, até testá-la”, disse. diz físico Zhengguang Lu, do MIT.

“É a primeira vez que vemos ferro-valleytrônica, e também a primeira vez que vemos uma coexistência de ferro-valleytrônica com um ferro-ímã não convencional.”

A pesquisa foi publicada em Natureza.