Estudo revela método surpreendentemente simples para determinar energia de troca em materiais 2D

Pesquisadores da Universidade de Basel analisaram como as propriedades ferromagnéticas dos elétrons no semicondutor bidimensional dissulfeto de molibdênio podem ser melhor compreendidas. Eles revelaram uma maneira surpreendentemente simples de medir a energia necessária para inverter o spin de um elétron.

Ferromagnetismo é um fenômeno físico importante que desempenha um papel fundamental em muitas tecnologias. É bem conhecido que metais como ferro, cobalto e níquel são magnéticos à temperatura ambiente porque seus spins de elétrons estão alinhados em paralelo — e é somente em temperaturas muito altas que esses materiais perdem suas propriedades magnéticas.

Pesquisadores liderados pelo Professor Richard Warburton do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel mostraram que o dissulfeto de molibdênio também exibe propriedades ferromagnéticas sob certas condições. Quando submetido a baixas temperaturas e a um campo magnético externo, os spins dos elétrons neste material apontam todos para a mesma direção.

Em seu último estudo, publicado na revista Cartas de revisão físicaos pesquisadores determinaram quanta energia é necessária para inverter o spin de um elétron individual dentro desse estado ferromagnético. Essa energia de troca é significativa porque descreve a estabilidade do ferromagnetismo.

O trabalho de detetive produz uma solução simples

“Nós excitamos o dissulfeto de molibdênio usando um laser e analisamos as linhas espectrais que ele emitiu”, explica a Dra. Nadine Leisgang, autora principal do estudo. Dado que cada linha espectral corresponde a um comprimento de onda e energia específicos, os pesquisadores foram capazes de determinar a energia de troca medindo a separação entre linhas espectrais específicas.

Eles descobriram que no dissulfeto de molibdênio, essa energia é apenas cerca de 10 vezes menor que no ferro, indicando que o ferromagnetismo do material é altamente estável.

“Embora a solução pareça simples, foi necessário um trabalho de detetive considerável para alocar as linhas espectrais corretamente”, diz Warburton.

Materiais bidimensionais

Materiais 2D desempenham um papel fundamental na pesquisa de materiais graças às suas propriedades físicas especiais, que são o resultado de efeitos mecânicos quânticos. Eles também podem ser empilhados para formar heteroestruturas de van der Waals.

No exemplo visto neste estudo, a camada de dissulfeto de molibdênio é cercada por nitreto de boro hexagonal e grafeno. Essas camadas são mantidas juntas por ligações fracas de van der Waals e são de interesse nos campos da eletrônica e optoeletrônica graças às suas propriedades únicas. Entender suas propriedades elétricas e ópticas é vital para aplicá-las a tecnologias futuras.