Materiale 2D suprapuse: multiferocitate la temperatura camerei și magnetism controlat electric
Cercetătorii au demonstrat o heterostructură realizată din două materiale bidimensionale care prezintă simultan ordin feromagnetic și ordin feroelectric la temperatura camerei, potrivit unui studiu publicat în revista Science. Rezultatul deschide calea către dispozitive spintronice eficiente energetic și memorii non-volatile de dimensiuni reduse.
Multiferocii sunt materiale care combină două sau mai multe tipuri de ordine ferroică — aranjamente stabile de proprietăți fizice ce pot fi comutate printr-un stimulus extern. Avantajul principal constă în cuplarea acestor ordine, ceea ce permite, de exemplu, modificarea comportamentului magnetic printr-o tensiune electrică. Până în prezent, obținerea unor multiferoci stabili, ultrasubțiri și controlabili la temperatura camerei s-a dovedit dificilă.
Echipa de cercetare a creat o heterostructură van der Waals care combină un feromagnet 2D — triferul digalium ditelurură (Fe₃GaTe₂) — cu un feroelectric 2D — cupru indiu tiofosfat (CuInP₂S₆). Folosind procedee de exfoliere mecanică, cercetătorii au separat flaconți subțiri din cele două materiale și i-au suprapus vertical, obținând o structură în care ordinul feromagnetic și cel feroelectric coexistă. Ulterior, au adăugat electrozi transparenți din oxid de indiu și staniu (ITO) și electrozi metalici din crom-aur (Cr/Au) pentru aplicarea tensiunilor.
Heterostructura a prezentat ambele ordine ferroice la 292 Kelvin, echivalentul a aproximativ 19 grade Celsius. Aplicând tensiuni mici, cercetătorii au reușit să comute materialul între stări cu forțe coercitive magnetice diferite, iar aceste stări au persistat după îndepărtarea tensiunii. Comutarea între cele două stări magnetice a fost repetată de peste 3.000 de ori fără semne evidente de oboseală.
Controlul electric al proprietăților magnetice a fost mai pronunțat în straturile subțiri de Fe₃GaTe₂ și s-a atenuat pe măsură ce grosimea acestora a crescut. Abordarea aleasă de cercetători separă provocarea obținerii mai multor ordine ferroice într-un singur material monofazat, oferind în schimb libertatea de a combina diferite materiale ferroice 2D în funcție de tipul, grosimea, unghiul de răsucire și registrul de alunecare dintre componente.
Rezultatele ar putea avea implicații pentru dezvoltarea dispozitivelor spintronice eficiente energetic, a fotonicei neliniare și nereciproce integrate, precum și a senzorilor ultracompacți și ultrasensibili de câmp electric și magnetic. Cercetătorii menționează că direcțiile viitoare de studiu includ intensificarea cuplajului magnetoelectric dintre ordinele ferroice, comutarea la tensiuni joase a multiferocilor 2D și creșterea temperaturii de operare a platformelor bidimensionale.
