Desde a infância, somos ensinados que o mundo existe em três dimensões físicas. Isso é verdade, na maior parte, mas pula algo bastante fascinante: o estranho mundo bidimensional de materiais em nanoescala, como o grafeno ‘material maravilhoso’.
O grafeno e suas contrapartes projetadas, de camada única, existem de fato em três dimensões, embora por pouco – situando-se bem na margem, atomicamente falando. Isso porque esses materiais chamados 2D têm apenas um átomo de espessura, incorporando uma incrível finura estrutural que lhes confere todos os tipos de poderes estranhos.
Vemos isso na força formidável do grafeno e na forma como ele se aproxima da supercondutividade.
As coisas ficam ainda mais estranhas quando o grafeno faz amigos: empilhe folhas desse material bidimensional em um sanduíche de três camadas e três átomos de altura, e uma forma rara de magnetismo é revelada.
Agora, em um novo estudo conduzido por físicos da Universidade de Cambridge, os cientistas realizaram o mesmo tipo de façanha magnética com um material bidimensional diferente chamado trissulfeto de fósforo de ferro (FePS3).
FePS3 não é a mesma coisa que grafeno – que é composto de uma única camada de átomos de carbono – mas é frequentemente apelidado de ‘grafeno magnético’, devido às suas misteriosas capacidades em dimensões ultrafinas em camadas.
Em um estudo anterior realizado por alguns dos mesmos pesquisadores, a equipe descobriu que, quando camadas comprimidas de FePS3 foram submetidas a altos níveis de pressão, o material passou de um isolante, impedindo o fluxo de elétrons, para um estado metálico onde se tornou um condutor.
Mas os pesquisadores ainda não entenderam completamente o que está por trás do comportamento magnético desse ‘grafeno magnético’ sob pressão, já que era esperado que o FePS3 deixasse de ser magnético ao entrar no estado metálico.
“A peça que faltava permaneceu, no entanto, o magnetismo”, diz o físico quântico Matthew Coak.
“Sem técnicas experimentais capazes de sondar as assinaturas do magnetismo neste material em pressões tão altas, nossa equipe internacional teve que desenvolver e testar nossas próprias novas técnicas para tornar isso possível.”
De acordo com a nova pesquisa, o FePS3 retém seu magnetismo sob pressão extremamente alta devido a um tipo de magnetismo recém-descoberto que ainda existe durante a fase metálica.
“Para nossa surpresa, descobrimos que o magnetismo sobrevive e é de algumas formas fortalecido”, explica o pesquisador sênior e físico Siddharth Saxena, líder do grupo no Laboratório Cavendish de Cambridge.
“Isso é inesperado, já que os elétrons recém-vagando livremente em um novo material condutor não podem mais ser fixados em seus átomos de ferro, gerando momentos magnéticos ali – a menos que a condução venha de uma fonte inesperada.”
Embora ainda não tenhamos todas as respostas sobre o que está acontecendo aqui, durante a compressão o ‘spin’ dos elétrons no material parece ser uma fonte de magnetismo – e o fenômeno pode ser ajustado dependendo de quanta pressão o FePS3 está sujeito para.
Embora os resultados contradigam observações anteriores de como este material deve se comportar, as surpresas encontradas aqui sugerem que podemos ser capazes de ajustar o grafeno magnético e seus semelhantes ainda mais – potencialmente encontrando materiais que suportam supercondutividade devido a essas formas exóticas de magnetismo que ainda não compreender totalmente.
“Não sabemos exatamente o que está acontecendo no nível quântico, mas, ao mesmo tempo, podemos manipulá-lo”, diz Saxena.
“É como aqueles famosos ‘desconhecidos desconhecidos’: abrimos uma nova porta para as propriedades da informação quântica, mas ainda não sabemos quais podem ser essas propriedades.”
Publicado em 13/02/2021 09h53
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