O grafeno, o material mágico favorito de todos, parece sempre trazer surpresas. Físicos do MIT descobriram agora outro estado eletrônico totalmente novo escondido neste pequeno e notável material - ao qual deram um nome curioso - "vale de ferro".
O grafeno é essencialmente apenas um floco ultrafino de grafite normal – tão fino, na verdade, que tem apenas um átomo de espessura. Mas, apesar das suas origens humildes, o grafeno é superforte, supercondutor, flexível e tem o potencial de revolucionar tudo, desde a eletrónica ao vestuário e à engenharia aeroespacial. Quando você começa a empilhar folhas de grafeno, e até mesmo a torcê-las em ângulos específicos, outras habilidades extraordinárias se tornam aparentes, como o magnetismo ou a superpermeabilidade à água.
Em uma nova pesquisa, a equipe de pesquisa do MIT descobriu outro material – “comportamento multiferróico”, que é muito raro no mundo dos materiais. Um material ferroico é aquele cujas partículas têm comportamento coordenado – por exemplo, todos os elétrons de um ímã apontarão seus spins na mesma direção, mesmo na ausência de um campo magnético externo. Multiferróicos são materiais que apresentam mais de um comportamento coordenado, de modo que o magnetismo aponta em uma direção e as cargas apontam em outra.
Os pesquisadores calcularam que, em circunstâncias muito especiais, o grafeno deveria se tornar um material multiferróico. Teoricamente, a multiferroicidade só ocorre quando cinco camadas de grafeno são empilhadas umas sobre as outras, com cada camada ligeiramente deslocada para que o todo tridimensional forme um losango.
No grafeno de cinco camadas, os elétrons estão em um ambiente de rede cristalina onde se movem muito lentamente, permitindo-lhes interagir efetivamente com outros elétrons. É quando os efeitos relacionados aos elétrons começam a dominar e podem começar a se coordenar em certas ordens preferidas de ferrita.
Em seguida, a equipe decidiu confirmar a teoria na prática, raspando flocos de grafeno de blocos de grafite e examinando-os com microscópios poderosos para encontrar alguns que naturalmente tivessem o formato de losango ideal. Eles então isolaram vários tipos de grafeno que encontraram e os estudaram em temperaturas logo acima do zero absoluto, onde outros efeitos enfraquecem, de modo que apenas o grafeno que procuravam brilha.
Com certeza, a equipe descobriu que os elétrons nesses flocos especiais respondiam uniformemente aos campos elétricos em uma direção e aos campos magnéticos na outra, confirmando o comportamento multiferróico. Mas mesmo estes comportamentos individuais são invulgares – o magnetismo surge da coordenação dos movimentos orbitais dos electrões, e não dos seus spins. O comportamento eletrônico resulta de elétrons entrando preferencialmente em um "vale" (ou estado de energia mais baixo), em vez de formar a média em dois vales. Portanto, a equipe de pesquisa chama esse estado eletrônico peculiar de “propriedade do vale de ferro”.
“Sabíamos que algo interessante estava acontecendo nesta estrutura, mas não sabíamos o que era até testá-la”, disse Zhengguang Lu, coautor do estudo. "Esta é a primeira vez que vimos a eletrônica do vale do ferro e a primeira vez que vimos a eletrônica do vale do ferro coexistindo com ferromagnetos não convencionais."
Os pesquisadores dizem que esse comportamento peculiar poderia eventualmente ser explorado para efetivamente duplicar a capacidade de armazenamento de dados de um chip.
A pesquisa foi publicada na revista Nature.