A física twist é uma nova área da física quântica que explora novos fenômenos quânticos empilhando materiais de van der Waals. Pesquisadores da Purdue University avançaram no campo introduzindo spin quântico no material torcido de camada dupla de um antiferromagneto, criando magnetismo moiré sintonizável. Esta descoberta propõe novos materiais para spintrônica e espera-se que avance no desenvolvimento de dispositivos de memória e lógica de spin.

Pesquisadores quânticos da Purdue University demonstraram magnetismo moiré ajustável torcendo um filme de camada dupla de um antiferromagneto. A técnica Twist não é um novo movimento de dança, equipamento de ginástica ou nova moda musical, é muito mais legal do que tudo isso. É um novo desenvolvimento emocionante nos campos da física quântica e da ciência dos materiais. Os materiais Van der Waals são empilhados uns sobre os outros em camadas, como um rolo de papel, e podem ser facilmente torcidos e girados enquanto permanecem planos. Os físicos quânticos usam essas pilhas para descobrir fenômenos quânticos interessantes.

Os físicos quânticos usaram essas pilhas para descobrir fenômenos quânticos interessantes. Combinando o conceito de spin quântico com pilhas torcidas de antiferromagnetos de camada dupla, é possível criar magnetismo moiré sintonizável. Isso fornece uma nova classe de plataforma de material para spintrônica, o próximo passo na eletrônica dupla. Esta nova ciência pode levar a memórias e dispositivos de lógica de spin promissores, abrindo um novo caminho para aplicações de spintrônica na comunidade física.

Ao torcer um ímã de van der Waals, estados magnéticos não colineares podem ser gerados com sintonia elétrica significativa. Fonte: Second Bay Studios, Ryan Allen

Uma equipe de pesquisa de física quântica e materiais da Purdue University usou o material CrI3 de acoplamento antiferromagnético intercamada van der Waals (vdW) como meio para introduzir a tecnologia de torção para controlar o grau de liberdade do spin. Eles publicaram os resultados de sua pesquisa intitulada "Magnetismo Moiré Eletricamente Ajustável em Bicamadas Torcidas de Triiodeto de Cromo" na Nature Electronics.

“Neste estudo, criamos trióxido de cromo de dupla camada torcida, ou seja, há um ângulo de torção entre a camada dupla e a camada dupla”, disse o Dr. Guanghui Cheng, co-primeiro autor do artigo. "Relatamos magnetismo moiré com fases magnéticas ricas e alcançamos notável sintonia por meio de métodos elétricos."

Estrutura de superrede molar da bicamada dupla torcida (tDB) CrI3 e seu comportamento magnético detectado pelo efeito magneto-óptico-Kerr (MOKE). A parte a da figura acima mostra um diagrama esquemático de uma superrede Moiré fabricada por torção intercamada. Parte inferior: Podem ocorrer estados magnéticos não colineares. Os resultados MOKE mostrados na parte b da figura acima mostram que, em comparação com a ordem antiferromagnética na dupla camada antiferromagnética natural CrI3, existem ordens antiferromagnéticas (AFM) e ferromagnéticas (FM) em tDBCrI3 "magnético molar". Fonte da imagem: Ilustração: GuanghuiCheng e YongP.Chen

“Empilhamos e torcemos um antiferromagneto sobre si mesmo e obtivemos um ferromagneto”, disse Cheng. "É também um exemplo notável do recente surgimento do magnetismo 'torcido' ou moiré em materiais 2D torcidos, onde o ângulo de torção entre duas camadas de material fornece um poderoso botão de sintonia que altera drasticamente as propriedades do material."

“Para fazer a bicamada torcida CrI3, usamos o que é chamado de técnica de rasgar e empilhar, onde uma parte da bicamada CrI3 é rasgada, girada e empilhada em outra parte”, explica Cheng. "Através de medições do efeito Kerr magneto-óptico (MOKE), observamos a coexistência de ordens ferromagnéticas e antiferromagnéticas, uma marca registrada do magnetismo Moiré, e demonstramos ainda a comutação magnética assistida por voltagem. Este magnetismo Moiré é uma nova forma de magnetismo com fases ferromagnéticas e antiferromagnéticas espacialmente variadas que se alternam periodicamente de acordo com uma superrede Moiré. "

Até o momento, a eletrônica torcida concentrou-se principalmente na modulação de propriedades eletrônicas, como o grafeno de bicamada torcida. A equipe de Purdue queria introduzir torção no grau de liberdade de rotação e optou por usar o material de acoplamento antiferromagnético intercamada vdW CrI3. Ao fazer amostras com diferentes ângulos de torção, é possível empilhar antiferromagnetos torcendo-se sobre si mesmos. Em outras palavras, uma vez concluída a fabricação, o ângulo de torção de cada dispositivo é fixado antes que as medições MOKE sejam realizadas.

Upadhyaya e sua equipe realizaram cálculos teóricos no experimento. Isto fornece um forte apoio aos resultados da observação da equipe do Dr. Cheng. Ele disse: "Nossos cálculos teóricos revelaram um diagrama de fases rico, incluindo fases não conjugadas, como TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW, etc."

Este estudo coincide com um estudo em andamento pela equipe de Cheng. Antes deste trabalho, a equipe publicou recentemente vários artigos relacionados à nova física e propriedades de "ímãs bidimensionais", como "Emergência de ferromagnetismo interfacial sintonizável por campo elétrico em2Dantiferromagneteteroestruturas" publicado recentemente na Nature Communications. Esta direção de pesquisa oferece possibilidades interessantes nos campos da eletrônica dupla e da spintrônica.

"Os ímãs de Molière descobertos fornecem uma nova classe de plataforma de materiais para spintrônica e magnetoeletrônica", disse Cheng. "A comutação magnética assistida por voltagem e os efeitos magnetoelétricos observados podem levar a dispositivos promissores de memória e lógica de spin. Como um novo grau de liberdade, a torção pode ser aplicada a várias camadas homo/diferentes de ímãs vdW, abrindo oportunidades para buscar novas físicas, bem como aplicações de spintrônica. "

Fonte compilada: ScitechDaily