Cientistas criam imã 2D mais fino do mundo com apenas um átomo de espessura

Pesquisadores da Universidade Berkeley, nos EUA, criaram o ímã mais fino do mundo. O material 2D ultrafino tem apenas um átomo de espessura e pode ser usado em condições de temperatura ambiente, o que possibilita sua aplicação na fabricação de dispositivos de memória mais eficientes e flexíveis.

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Para criar o ímã, os cientistas usaram um material conhecido como óxido de zinco de van der Waals, uma combinação de óxido de grafeno, zinco e cobalto. A vantagem desse composto é que ele não perde suas propriedades magnéticas quando retirado de temperaturas extremamente baixas.

"Magnetos 2D de última geração precisam de temperaturas muito baixas para funcionar, mas, por motivos práticos, um data center precisa funcionar em temperatura ambiente. Nosso magneto 2D não é apenas o primeiro a operar em temperatura ambiente ou superior, mas também é o primeiro ímã a atingir o verdadeiro limite 2D: é tão fino quanto um único átomo", comemora o cientista de materiais Jie Yao, coautor do estudo.

No laboratório

Durante os testes, a equipe de Berkeley imergiu o óxido de grafeno em di-hidratos de acetato de zinco e cobalto. Eles cozinharam essa mistura no vácuo, obtendo uma única camada de óxido de zinco intercalada com átomos de cobalto entre películas de grafeno. Esse processo resultou em uma camada ultrafina de óxido de zinco coberta de cobalto.

O filme 2D formado no experimento era magnético, mas sua força de atração dependia da quantidade de cobalto depositada entre o óxido de zinco. Após várias tentativas, os pesquisadores descobriram que a proporção ideal era de cerca de 12%, uma quantia que deixava o material incrivelmente magnético.

"Nosso sistema magnético 2D mostra um mecanismo distinto e curiosamente estável em comparação com os ímãs bidimensionais anteriores. Acreditamos que esse mecanismo único e eficiente se deve aos elétrons livres no óxido de zinco", explica o cientista de materiais Rui Chen, autor principal do estudo.

Acima de zero

Uma das vantagens desse material 2D ultrafino é sua capacidade de se manter estável em temperatura ambiente. Durante os experimentos, o filme permaneceu magnético e quimicamente ativo em condições de até 100 °C. Em estudos anteriores, ímãs 2D ultrafinos precisavam ser mantidos em temperaturas muito abaixo de zero para operar sem falhas.

Com essa nova abordagem, os cientistas também descobriram que os elétrons livres de óxido de zinco funcionam como intermediários capazes de manter os átomos magnéticos de cobalto depositados no filme orientados na mesma direção, inclusive em condições de temperaturas muito altas.

Esse fator abre novos caminhos para o desenvolvimento de tecnologias de física quântica, com interações magnéticas entre os átomos. Além disso, o estudo da spintrônica — exploração da orientação de partículas subatômicas carregadas — pode ser usado na fabricação de dispositivos de memória mais leves e flexíveis, que dependem da mudança de orientação do campo magnético para codificar dados binários.

“Certamente é algo que merece uma investigação mais aprofundada, especialmente porque pode abrir muitos novos caminhos para o desenvolvimento de tecnologias e pesquisas. O filme 2D é flexível e sua fabricação escalonável, o que significa que as possibilidades são infinitas e fáceis de implantar no mundo real”, celebra o Jie Yao.

Fonte: Berkeley University