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Investigações sistemáticas do efeito do diodo antiferromagnético intrínseco. a, Condutividade não linear σ2ω e resistência longitudinal Rxx como funções do campo elétrico vertical Ez. b, Condutividade não linear como uma função do campo magnético vertical μ0Hz no estado AFM. A linha tracejada vermelha é a linha média de σ2ω. c, Resistência longitudinal medida experimentalmente (painel superior) e condutividade não linear (painel inferior) como funções da densidade de carga ne. As regiões σ2ω positiva e negativa são sombreadas em rosa e azul claro, respectivamente. d, Escala entre a condutividade não linear e o quadrado da condutividade linear regular. A linha tracejada escura é o ajuste linear à curva de escala. Crédito: Eletrônica da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01219-8.
Antiferromagnetos são materiais nos quais os momentos magnéticos de átomos vizinhos estão alinhados em um padrão alternado, resultando em nenhum magnetismo macroscópico líquido. Esses materiais têm propriedades interessantes que podem ser favoráveis ao desenvolvimento de dispositivos spintrônicos e eletrônicos.
Pesquisadores da Universidade de Harvard observaram recentemente um efeito de diodo antiferromagnético em MnBi de camadas uniformes2O4um material antiferromagnético caracterizado por um cristal centrosimétrico que não exibe separação de carga direcional. O efeito que eles observaram poderia ser alavancado para desenvolver várias tecnologias, incluindo transistores de efeito de campo no plano e dispositivos de coleta de energia de micro-ondas.
A pesquisa foi publicada na revista Eletrônica da Natureza.
O efeito diodo, que agora foi observado em vários materiais, envolve o fluxo de corrente elétrica em uma única direção dentro de um dispositivo. Materiais que exibem esse efeito foram usados para desenvolver vários dispositivos, incluindo receptores de rádio, circuitos digitais, sensores de temperatura e circuitos de micro-ondas.
Recentemente, alguns pesquisadores observaram um efeito de diodo supercondutor em materiais condutores com uma estrutura cristalina que não possui um centro de simetria, também conhecidos como condutores polares não centrossimétricos. Com base em suas observações, a equipe da Universidade de Harvard se propôs a investigar a existência de um efeito semelhante no isolante topológico antiferromagnético MnBi2O4.
“Condutores polares não centrosimétricos são diodos intrínsecos que podem ser úteis no desenvolvimento de aplicações não lineares”, escreveram Anyuan Gao, Shao-Wen Chen e seus colegas em seu artigo. “Tais sistemas foram recentemente estendidos para supercondutores não centrosimétricos, e o efeito do diodo supercondutor foi observado. Relatamos um efeito de diodo antiferromagnético em um cristal centrosimétrico sem separação de carga direcional.”
Os pesquisadores fabricaram dispositivos usando MnBi em camadas uniformes2O4 com duas configurações de eletrodos diferentes. Alguns desses dispositivos tinham eletrodos de barra Hall (ou seja, eletrodos longitudinais que passam corrente e eletrodos transversais usados para medir o efeito Hall), enquanto outros tinham eletrodos distribuídos radialmente (ou seja, dispostos em um padrão circular ao redor de um ponto central).
Os pesquisadores observaram um efeito de diodo antiferromagnético caracterizado por transporte não linear em ambos os tipos de dispositivos. Posteriormente, eles coletaram várias medições para confirmar que o que eles tinham observado era, de fato, um efeito de diodo antiferromagnético.
Para estudar as propriedades do MnBi em camadas uniformes2O4 e revelar o efeito do diodo antiferromagnético, a equipe usou várias técnicas. Estas incluíam um método óptico espacialmente resolvido e técnicas para coletar medições de geração de frequência de soma elétrica (SFG).
“Observamos um grande transporte de segundo harmônico em um dispositivo eletrônico não linear habilitado pelo estado antiferromagnético compensado de MnBi em camadas uniformes2O4“, escreveram Gao, Chen e seus colegas.
“Mostramos que esse efeito de diodo antiferromagnético pode ser usado para criar transistores de efeito de campo no plano e dispositivos de coleta de energia de micro-ondas. Também mostramos que a geração de soma de frequência elétrica pode ser usada como uma ferramenta para detectar respostas não lineares em materiais quânticos.”
Em seu artigo, os autores destacam o potencial do efeito do diodo antiferromagnético que eles observaram para o desenvolvimento de circuitos lógicos antiferromagnéticos, coletores de micro-ondas e dispositivos spintrônicos. Seu trabalho pode em breve abrir caminho para estudos adicionais explorando esse efeito e como ele pode ser usado para fabricar dispositivos novos e de alto desempenho.
Mais informações:
Anyuan Gao et al, Um efeito de diodo antiferromagnético em MnBi de camadas uniformes2O4, Eletrônica da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01219-8.
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Citação: Pesquisadores observam um efeito de diodo antiferromagnético em MnBi₂Te₄ de camadas uniformes (22 de setembro de 2024) recuperado em 22 de setembro de 2024 de https://phys.org/news/2024-09-antiferromagnetic-diode-effect-layered-mnbite.html
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