Menor ímã do mundo, magneto 2D é estável à temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/08/2021

Estrutura do ímã 2D. As esferas vermelhas, azuis e amarelas representam átomos de cobalto, oxigênio e zinco, respectivamente.
[Imagem: Berkeley Lab]

Ímã com espessura molecular

Cientistas dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, criaram o primeiro ímã em escala atômica que opera em temperatura ambiente.

Esse ímã em escala molecular pode levar a novas aplicações em computação e eletrônica - como componentes de memória spintrônica compactos de alta densidade - e novas ferramentas para o estudo da física quântica.

"Esta descoberta é empolgante porque não só torna o magnetismo 2D possível à temperatura ambiente, mas também revela um novo mecanismo para tornar reais os materiais magnéticos 2D," disse o pesquisador Rui Chen, salientando que esta é a primeira demonstração de um ímã 2D quimicamente estável em condições ambientais.

Os componentes magnéticos das memória de computador e demais aparelhos eletrônicos de hoje são normalmente feitos de filmes finos magnéticos. Mas, no nível atômico, esses filmes magnéticos ainda são tridimensionais, com centenas ou milhares de átomos de espessura. Quando são fabricados na forma de camadas monoatômicas magnéticas, esses materiais perdem o magnetismo ou mesmo se degradam completamente quando são tirados dos aparatos criogênicos que os mantêm próximos do zero absoluto.

O ímã 2D atinge um estado quântico exótico chamado "frustração magnética", no qual diferentes estados magnéticos competem entre si, o que o torna um laboratório para pesquisar esses efeitos ainda não totalmente compreendidos.
[Imagem: Rui Chen et al. - 10.1038/s41467-021-24247-w]

Ímã 2D

Rui sintetizou seu novo ímã 2D - chamado ímã de van der Waals de óxido de zinco dopado com cobalto - a partir de uma solução de óxido de grafeno, zinco e cobalto.

Algumas horas de cozimento em um forno de laboratório convencional transformaram a mistura em uma única camada atômica de óxido de zinco com uma camada de átomos de cobalto ensanduichada entre camadas de grafeno. Em uma etapa final, o grafeno é queimado, deixando para trás apenas a camada atômica de óxido de zinco dopado com cobalto.

Quando a concentração de átomos de cobalto chega a cerca de 12%, o resultado é um ímã muito forte.

"Com nosso material, não há grandes obstáculos para que a indústria adote nosso método baseado em soluções. Ele é potencialmente escalonável para produção em massa a custos mais baixos," disse o professor Jie Yao.

Os pesquisadores afirmam que o novo material - que pode ser dobrado em quase qualquer forma sem quebrar, mesmo tendo 1 milionésimo da espessura de uma folha de papel - pode alavancar a eletrônica de spin, ou spintrônica, uma nova tecnologia que usa a orientação magnética de elétrons individuais, em vez de sua carga elétrica, para codificar os dados.

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