Cercetătorii au reușit să comute starea magnetică a grafenului cu ajutorul tensiunii electrice
O echipă de cercetători a descoperit că straturile ultrasubțiri de grafen își pot modifica starea magnetică prin simpla aplicare a unei tensiuni electrice, iar această schimbare persistă chiar și după întreruperea curentului. Rezultatele, publicate pe 14 octombrie în revista Nature Nanotechnology, deschid o cale nouă pentru controlul proprietăților cuantice în materialele bidimensionale.
Studiul a fost coordonat de Kenji Yasuda, profesor asistent în cadrul Școlii de Fizică Aplicată și Inginerie din cadrul Universității Cornell, iar primul autor este doctorandul Daniel Brandon. Cercetarea a pornit de la întrebarea dacă structura unui material poate fi modificată printr-o metodă mai eficientă decât procedeele tradiționale, care presupun ruperea legăturilor chimice puternice și necesită presiuni și temperaturi ridicate.
Modificarea aranjamentului atomic fără ruperea legăturilor chimice
Proprietățile unui material nu depind doar de tipul atomilor din care este alcătuit, ci și de modul în care aceștia sunt aranjați. Grafitul și diamantul sunt formate din aceiași atomi de carbon, însă diferă radical în privința culorii, durității, transparenței și conductivității tocmai din cauza structurilor electronice diferite.
Echipa a ales să experimenteze pe o configurație formată din patru straturi de grafen, un material bidimensional gros de un singur atom, în care carbonul este dispus într-o rețea hexagonală. În loc să încerce să rupă legăturile chimice din interiorul straturilor, cercetătorii s-au concentrat asupra legăturilor mult mai slabe dintre straturi, cunoscute sub numele de legături van der Waals.
Prin aplicarea unei tensiuni, ei au reușit să deplaseze relativ straturile unul față de celălalt, într-un proces numit alunecare, modificând astfel modul în care grafenul este stivuit.
De la starea nonmagnetică la cea magnetică
Cea mai stabilă și mai comună configurație a straturilor, numită Bernal, corespunde unei stări nonmagnetice. Tensiunea electrică a transformat-o într-o configurație mai rară și mai puțin stabilă, numită romboedrică, asociată cu magnetismul, superconductivitatea și alte fenomene cuantice exotice.
Un aspect important al acestei tehnici este caracterul nevolatil al schimbării. Odată ce atomii au fost deplasați fizic, materialul rămâne în noua stare pentru o perioadă îndelungată și poate reveni la cealaltă configurație în mod repetat și consistent, ceea ce transformă procesul într-o sursă fiabilă de memorie.
Perspective pentru materiale cuantice reconfigurabile
Posibilitatea de a modifica reversibil structura unui material prin tensiune electrică ar putea oferi o modalitate nouă de a proiecta materiale ale căror proprietăți pot fi rescrise la cerere.
Potrivit autorilor, rescrierea electrică a structurii ar putea permite comutarea nu doar a magnetismului, ci și a superconductivității și a altor stări cuantice, deschizând drumul spre materiale cuantice reconfigurabile și spre noi forme de memorie nevolatilă.
Din echipa de cercetare au mai făcut parte doctoranda Yiwen Ai, Akshat Gandhi, absolvent de masterat în inginerie, cercetătoarea postdoctorală Lujin Min, Kyle Nadel și internul de cercetare Peter Golemis, alături de cercetători de la Universitatea Stanford, Universitatea Stony Brook și Institutul Național pentru Știința Materialelor.
