Los investigadores han identificado una nueva forma de magnetismo en el llamado grafeno magnético, que podría señalar el camino hacia la comprensión de la superconductividad en este tipo inusual de material.
Los investigadores, dirigidos por la Universidad de Cambridge, pudieron controlar la conductividad y el magnetismo del tiofosfato de hierro FePS3, un material bidimensional que experimenta una transición de un aislante a un metal cuando se comprime. Esta clase de materiales magnéticosofrece nuevas rutas para comprender la física de nuevos estados magnéticos y superconductividad.
Utilizando nuevas técnicas de alta presión, los investigadores han demostrado lo que sucede con el grafeno magnético durante la transición de aislante a conductor y a su estado metálico no convencional, realizado solo en condiciones de presión ultra alta. Cuando el material se vuelve metálico, permanece magnético, que es contrario a los resultados anteriores y proporciona pistas sobre cómo funciona la conducción eléctrica en la fase metálica. La fase magnética de alta presión recién descubierta probablemente forma un precursor de la superconductividad, por lo que comprender sus mecanismos es vital.
Sus resultados, publicados en la revista Revisión física X , también sugiere una forma en que los nuevos materiales podrían diseñarse para tener propiedades de conducción y magnéticas combinadas, lo que podría ser útil en el desarrollo de nuevas tecnologías como la espintrónica, que podría transformar la forma en que las computadoras procesan la información.
Las propiedades de la materia pueden alterarse drásticamente con el cambio de dimensionalidad. Por ejemplo, el grafeno, los nanotubos de carbono, el grafito y el diamante están hechos de átomos de carbono, pero tienen propiedades muy diferentes debido a su diferente estructura y dimensionalidad.
"Pero imagínese si también pudiera cambiar todas estas propiedades agregando magnetismo", dijo el primer autor, el Dr. Matthew Coak, que trabaja conjuntamente en el Laboratorio Cavendish de Cambridge y la Universidad de Warwick. "Un material que podría ser mecánicamente flexibley forman un nuevo tipo de circuito para almacenar información y realizar cálculos. Por eso estos materiales son tan interesantes y porque cambian drásticamente sus propiedades cuando se someten a presión para que podamos controlar su comportamiento ".
En un estudio anterior de Sebastian Haines del Laboratorio Cavendish de Cambridge y el Departamento de Ciencias de la Tierra, los investigadores establecieron que el material se convierte en un metal a alta presión y describieron cómo cambia la estructura cristalina y la disposición de los átomos en las capas de este material 2D.a través de la transición.
"Sin embargo, la pieza que falta ha permanecido, el magnetismo", dijo Coak. Sin técnicas experimentales capaces de probar las firmas del magnetismo en este material a presiones tan altas, nuestro equipo internacional tuvo que desarrollar y probar nuestras propias técnicas nuevas parahazlo posible."
Los investigadores utilizaron nuevas técnicas para medir la estructura magnética hasta altas presiones récord, utilizando yunques de diamante y neutrones especialmente diseñados para actuar como la sonda del magnetismo. Luego pudieron seguir la evolución del magnetismo al estado metálico.
"Para nuestra sorpresa, descubrimos que el magnetismo sobrevive y de alguna manera se fortalece", coautor, el Dr. Siddharth Saxena, líder del grupo en el Laboratorio Cavendish. "Esto es inesperado, ya que los electrones que recientemente deambulan libremente en unel material de nueva conducción ya no puede estar unido a sus átomos de hierro parentales, generando momentos magnéticos allí, a menos que la conducción provenga de una fuente inesperada ".
En su artículo anterior, los investigadores mostraron que estos electrones estaban 'congelados' en cierto sentido. Pero cuando los hacían fluir o moverse, empezaron a interactuar cada vez más. El magnetismo sobrevive, pero se modifica en nuevas formas, dando lugar anuevas propiedades cuánticas en un nuevo tipo de metal magnético.
El comportamiento de un material, ya sea conductor o aislante, se basa principalmente en cómo se mueven los electrones o la carga. Sin embargo, se ha demostrado que el 'espín' de los electrones es la fuente del magnetismo. El espín hace que los electrones se comporten comoLa mayoría de los dispositivos de memoria utilizan el magnetismo derivado de la disposición de los espines de los electrones: aprovecharlo y controlarlo es importante para desarrollar nuevas tecnologías, como la espintrónica, que podría transformar la forma en que las computadoras procesan la información.
"La combinación de los dos, la carga y el giro, es clave para el comportamiento de este material", dijo el coautor Dr. David Jarvis del Institut Laue-Langevin, Francia, quien llevó a cabo este trabajo como base de suEstudios de doctorado en el Laboratorio Cavendish. "Encontrar este tipo de multifuncionalidad cuántica es otro paso adelante en el estudio de estos materiales".
"No sabemos exactamente qué está pasando a nivel cuántico, pero al mismo tiempo, podemos manipularlo", dijo Saxena. "Es como esas famosas 'incógnitas desconocidas': hemos abierto una nueva puerta apropiedades de la información cuántica, pero aún no sabemos cuáles podrían ser esas propiedades ".
Hay más compuestos químicos potenciales para sintetizar de los que jamás se podrían explorar y caracterizar por completo. Pero al seleccionar y ajustar cuidadosamente los materiales con propiedades especiales, es posible mostrar el camino hacia la creación de compuestos y sistemas, pero sin tener que aplicarenormes cantidades de presión.
Además, obtener una comprensión fundamental de fenómenos como el magnetismo de baja dimensión y la superconductividad permite a los investigadores dar los siguientes pasos en la ciencia y la ingeniería de materiales, con un potencial particular en la eficiencia energética, la generación y el almacenamiento.
En cuanto al caso del grafeno magnético, los investigadores planean continuar la búsqueda de superconductividad dentro de este material único. "Ahora que tenemos una idea de lo que le sucede a este material a alta presión, podemos hacer algunas predicciones sobre lo que podría suceder.si tratamos de ajustar sus propiedades agregando electrones libres comprimiéndolo aún más ", dijo Coak.
"Lo que estamos persiguiendo es la superconductividad", dijo Saxena. "Si podemos encontrar un tipo de superconductividad que esté relacionada con el magnetismo en un material bidimensional, podría darnos una oportunidad para resolver un problema que se remonta a décadas atrás.. "
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene la licencia a Licencia Creative Commons . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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