Nanotechnology Now – Press Release: Com um novo método experimental, os pesquisadores investigam a estrutura de spin em materiais 2D pela primeira vez

INÍCIO > Press > Com um novo método experimental, os pesquisadores investigam a estrutura do spin em materiais 2D pela primeira vez: ao observar a estrutura do spin no grafeno de “ângulo mágico”, uma equipe de cientistas liderada por pesquisadores da Universidade Brown encontrou uma solução alternativa para um obstáculo de longa data no campo de dois

Ao observar a estrutura de spin no grafeno de “ângulo mágico”, uma equipe de cientistas liderada por pesquisadores da Brown University encontrou uma solução alternativa para um obstáculo de longa data no campo da eletrônica bidimensional. CRÉDITO Universidade Jia Li/Brown

Abstrato:
Durante duas décadas, os físicos tentaram manipular diretamente o spin dos elétrons em materiais 2D como o grafeno. Isso poderia desencadear avanços importantes no crescente mundo da eletrônica 2D, um campo onde dispositivos eletrônicos super-rápidos, pequenos e flexíveis realizam cálculos baseados na mecânica quântica.

Com novo método experimental, pesquisadores investigam estrutura de spin em materiais 2D pela primeira vez de dois

Providência, RI | Postado em 12 de maio de 2023

Um obstáculo é que a maneira típica pela qual os cientistas medem o spin dos elétrons – um comportamento essencial que dá estrutura a tudo no universo físico – geralmente não funciona em materiais 2D. Isso torna incrivelmente difícil compreender completamente os materiais e impulsionar avanços tecnológicos baseados neles. Mas uma equipe de cientistas liderada por pesquisadores da Universidade Brown acredita que agora tem uma maneira de contornar esse desafio de longa data. Eles descrevem sua solução em um novo estudo publicado na Nature Physics.

No estudo, a equipe – que também inclui cientistas do Centro de Nanotecnologias Integradas dos Laboratórios Nacionais Sandia e da Universidade de Innsbruck – descreve o que eles acreditam ser a primeira medição que mostra a interação direta entre os elétrons girando em um material 2D e os fótons que chegam. da radiação de microondas. Chamada de acoplamento, a absorção de fótons de micro-ondas pelos elétrons estabelece uma nova técnica experimental para estudar diretamente as propriedades de como os elétrons giram nesses materiais quânticos 2D – uma técnica que poderia servir de base para o desenvolvimento de tecnologias computacionais e comunicacionais baseadas nesses materiais, de acordo com aos pesquisadores.

“A estrutura de spin é a parte mais importante de um fenômeno quântico, mas nunca tivemos uma investigação direta para isso nesses materiais 2D”, disse Jia Li, professor assistente de física na Brown e autor sênior da pesquisa. “Esse desafio nos impediu de estudar teoricamente o spin desse material fascinante nas últimas duas décadas. Agora podemos usar este método para estudar muitos sistemas diferentes que não podíamos estudar antes.”

Os pesquisadores fizeram as medições em um material 2D relativamente novo chamado grafeno de bicamada torcida de “ângulo mágico”. Este material à base de grafeno é criado quando duas folhas de camadas ultrafinas de carbono são empilhadas e torcidas no ângulo certo, convertendo a nova estrutura de camada dupla num supercondutor que permite que a eletricidade flua sem resistência ou desperdício de energia. Recém-descoberto em 2018, os pesquisadores focaram no material por causa do potencial e do mistério que o cerca.

“Muitas das principais questões que foram colocadas em 2018 ainda precisam ser respondidas”, disse Erin Morissette, estudante de pós-graduação do laboratório de Li em Brown, que liderou o trabalho.

Os físicos geralmente usam ressonância magnética nuclear ou RMN para medir o spin dos elétrons. Eles fazem isso excitando as propriedades magnéticas nucleares em um material de amostra usando radiação de micro-ondas e depois lendo as diferentes assinaturas que essa radiação causa para medir o spin.

O desafio dos materiais 2D é que a assinatura magnética dos elétrons em resposta à excitação por micro-ondas é muito pequena para ser detectada. A equipe de pesquisa decidiu improvisar. Em vez de detectar diretamente a magnetização dos elétrons, eles mediram mudanças sutis na resistência eletrônica, que foram causadas pelas mudanças na magnetização da radiação usando um dispositivo fabricado no Instituto de Inovação Molecular e em Nanoescala de Brown. Essas pequenas variações no fluxo das correntes eletrônicas permitiram que os pesquisadores usassem o aparelho para detectar que os elétrons estavam absorvendo as fotos da radiação de micro-ondas.

Os pesquisadores puderam observar novas informações dos experimentos. A equipe notou, por exemplo, que as interações entre os fótons e os elétrons faziam com que os elétrons em certas seções do sistema se comportassem como se estivessem em um sistema antiferromagnético – o que significa que o magnetismo de alguns átomos foi cancelado por um conjunto de átomos magnéticos que são alinhados na direção inversa.

O novo método para estudar o spin em materiais 2D e as descobertas atuais não serão aplicáveis ​​à tecnologia hoje, mas a equipe de pesquisa vê aplicações potenciais que o método pode levar no futuro. Eles planejam continuar a aplicar seu método ao grafeno de dupla camada torcida, mas também expandi-lo para outros materiais 2D.

“É um conjunto de ferramentas realmente diversificado que podemos usar para acessar uma parte importante da ordem eletrônica nesses sistemas fortemente correlacionados e, em geral, para entender como os elétrons podem se comportar em materiais 2D”, disse Morissette.

O experimento foi realizado remotamente em 2021 no Centro de Nanotecnologias Integradas do Novo México. Mathias S. Scheurer, da Universidade de Innsbruck, forneceu suporte teórico para modelagem e compreensão do resultado. O trabalho incluiu financiamento da National Science Foundation, do Departamento de Defesa dos EUA e do Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.

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Universidade Brown
Escritório: 401-863-3766

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• Fonte: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57341