Salto Quântico na Eletrônica: Fusão de Twistrônica e Spintrônica

por Santiago Fernández
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moiré magnetism

No domínio da física quântica, o campo emergente da twistrônica envolve camadas de materiais de van der Waals para descobrir novos comportamentos quânticos. Um avanço significativo nesta área foi alcançado pelos pesquisadores da Purdue University. Eles incorporaram o spin quântico em bicamadas duplas torcidas de materiais antiferromagnéticos, criando padrões magnéticos moiré ajustáveis. Este desenvolvimento abre novos caminhos potenciais no campo da spintrônica, com implicações para o futuro dos dispositivos de memória e sistemas lógicos baseados em spin. Fonte: SciTechPost.com

A equipe de física quântica da Purdue University fez avanços notáveis ao manipular bicamadas duplas de materiais antiferromagnéticos para produzir magnetismo moiré ajustável.

Twistronics, longe de ser uma dança ou gênero musical da moda, representa um desenvolvimento de ponta na física quântica e na ciência dos materiais. Esta técnica envolve empilhar materiais de van der Waals de maneira semelhante a camadas de folhas de papel, permitindo fácil rotação e manipulação. Através dessas camadas empilhadas, os físicos quânticos descobriram fenômenos quânticos fascinantes.

Ao integrar o conceito de spin quântico com bicamadas duplas torcidas de um antiferromagneto, os pesquisadores desbloquearam o potencial para o magnetismo moiré sintonizável. Esta inovação anuncia uma nova classe de materiais para os campos florescentes da twistrônica e spintrônica, potencialmente levando a dispositivos inovadores de memória e lógica de spin, e abrindo novas possibilidades em aplicações físicas e spintrônicas.

Utilizando ímãs de van der Waals, a equipe da Purdue University conseguiu produzir estados magnéticos não colineares com notável sintonia elétrica. Crédito: Ryan Allen, Second Bay Studios

A equipe da Purdue University, especializada em física quântica e pesquisa de materiais, empregou CrI3, um material van der Waals (vdW) com acoplamento antiferromagnético intercamada, para manipular o spin. Sua pesquisa, intitulada “Magnetismo moiré eletricamente sintonizável em bicamadas duplas torcidas de triiodeto de cromo”, publicada na Nature Electronics, apresenta descobertas inovadoras.

Guanghui Cheng, co-autor principal do estudo, explica: “Projetamos a bicamada dupla torcida CrI3, criando um ângulo de torção entre duas bicamadas. Nossas descobertas revelam magnetismo moiré caracterizado por diversas fases magnéticas e sintonia elétrica significativa.”

A pesquisa mostra a estrutura da superrede moiré na bicamada dupla torcida (tDB) CrI3 e suas propriedades magnéticas determinadas através da análise do efeito magneto-óptico-Kerr (MOKE). O estudo ilustra como estados magnéticos não colineares podem surgir nesta estrutura e a coexistência de ordens antiferromagnéticas e ferromagnéticas, uma característica marcante do magnetismo moiré. Crédito: Ilustração de Guanghui Cheng e Yong P. Chen

Chen destaca: “Ao empilhar e torcer um antiferromagneto sobre si mesmo, conseguimos uma transformação em um ferromagneto. Isso exemplifica o campo emergente do magnetismo moiré em materiais 2D torcidos, onde o ângulo de torção altera dramaticamente as propriedades do material.”

Descrevendo seu método, Cheng acrescenta: “Empregamos a técnica tear-and-stack para fabricar a bicamada dupla torcida CrI3. Usando a medição MOKE, detectamos ordens ferromagnéticas e antiferromagnéticas, a marca registrada do magnetismo moiré, e demonstramos a comutação magnética assistida por voltagem.”

Anteriormente, a twistrônica se concentrava principalmente no ajuste de propriedades eletrônicas, como acontece com o grafeno de bicamada torcida. A equipe de Purdue, no entanto, procurou aplicar este conceito ao grau de liberdade do spin usando CrI3. Ao fabricar amostras com ângulos de torção variados, eles conseguiram observar novos comportamentos magnéticos.

O suporte teórico para este experimento foi fornecido pela equipe de Upadhyaya, validando as observações feitas pela equipe de Chen.

Upadhyaya afirma: “Nosso trabalho teórico revelou um diagrama de fases complexo com várias fases não colineares. Esta pesquisa está alinhada com as investigações em andamento da equipe de Chen sobre novas físicas e propriedades de ímãs 2D.”

“Esta pesquisa significa uma nova direção para a spintrônica e a magnetoeletrônica”, observa Chen. “Os fenômenos observados, como a comutação magnética assistida por tensão, podem levar a memórias inovadoras e dispositivos de lógica de spin. A reviravolta introduz uma nova variável no estudo dos ímãs vdW, abrindo caminho para a exploração de novas aplicações físicas e spintrônicas.”

Referência: “Magnetismo moiré eletricamente sintonizável em bicamadas duplas torcidas de triiodeto de cromo” por Guanghui Cheng et al., 19 de junho de 2023, Nature Electronics. DOI: 10.1038/s41928-023-00978-0

A equipe Purdue, liderada pelo Dr. Guanghui Cheng e Mohammad Mushfiqur Rahman, contribuiu significativamente para esta pesquisa. Cheng, ex-pós-doutorado no grupo do Dr. Yong P. Chen em Purdue, agora é professor assistente no AIMR da Universidade de Tohoku, enquanto Rahman é Ph.D. estudante do grupo do Dr. Pramey Upadhyaya. Chen e Upadhy

Perguntas frequentes (FAQs) sobre magnetismo moiré

Qual é o principal avanço feito pela Purdue University no campo da física quântica?

Os pesquisadores da Purdue University fizeram um avanço significativo na física quântica ao integrar o spin quântico em bicamadas duplas torcidas de materiais antiferromagnéticos. Isto levou à criação de padrões magnéticos moiré ajustáveis, potencialmente revolucionando o campo da spintrônica e impactando o desenvolvimento de dispositivos de memória e sistemas lógicos baseados em spin.

O que são twistrônica e spintrônica, conforme mencionado na pesquisa?

Twistronics é um campo emergente na física quântica e na ciência dos materiais que envolve empilhar materiais de van der Waals em camadas para descobrir novos fenômenos quânticos. Já a Spintrônica refere-se ao estudo do spin intrínseco do elétron e seu momento magnético associado, além de sua carga eletrônica fundamental, em dispositivos de estado sólido.

Como a pesquisa da Purdue University contribui para o campo da twistrônica?

A pesquisa na Purdue University contribuiu para a twistrônica ao demonstrar o magnetismo moiré sintonizável por meio da manipulação de bicamadas duplas torcidas de um material antiferromagnético. Esta descoberta sugere novas plataformas de materiais para spintrônica e promete avanços em dispositivos de memória e lógica de spin.

Qual é o significado do magnetismo moiré nesta pesquisa?

O magnetismo moiré é significativo nesta pesquisa, pois representa uma nova forma de magnetismo apresentando fases ferromagnéticas e antiferromagnéticas espacialmente variadas. É observado na estrutura da superrede moiré do triiodeto de cromo de dupla camada torcida (CrI3) e é caracterizado pela coexistência de ordens ferromagnéticas e antiferromagnéticas, o que é fundamental para o avanço da spintrônica.

Que aplicações futuras se esperam desta pesquisa em física quântica?

Os avanços em twistrônica e spintrônica desta pesquisa têm o potencial de levar a dispositivos inovadores de memória e lógica de spin. A manipulação do magnetismo moiré e a introdução de novos materiais na spintrônica poderiam abrir novos caminhos na eletrônica, revolucionando potencialmente a forma como o armazenamento de dados e a lógica computacional são abordados.

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5 comentários

Samanta R. Dezembro 25, 2023 - 9:10 am

é impressionante como a twistronics está se desenvolvendo. O futuro da eletrônica pode estar apenas nesses padrões moiré, sabe?

Responder
Jake Thompson Dezembro 25, 2023 - 4:05 pm

Coisas incríveis! realmente mostra o progresso na física quântica. A equipe de Purdue está fazendo maravilhas com esses materiais de van der Waals. mal posso esperar para ver aonde isso vai levar!

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Raj Patel Dezembro 25, 2023 - 6:45 pm

não tenho certeza se entendi todos os detalhes técnicos. mas parece grande coisa? o magnetismo moiré pode ser uma virada de jogo na tecnologia, eu acho.

Responder
Linda K. Dezembro 25, 2023 - 7:27 pm

Wow apenas wow! Já li sobre spintrônica antes, mas isso é outra coisa. Purdue está realmente ultrapassando os limites.

Responder
Mike O’Brien Dezembro 25, 2023 - 9:19 pm

devo dizer que o artigo é um pouco pesado no jargão. Mas é legal ver como eles estão misturando spin e twist, meio que na trama de um filme de ficção científica, né

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