Os pesquisadores propuseram métodos para ajustar as propriedades dos altermagnets, um passo em direção a aplicações práticas para essa nova forma de ímã.
Altermagnets são sem dúvida os objetos mais quentes do magnetismo agora (ver Ponto de vista: altermagnetismo então e agora). No ano passado, os pesquisadores apresentaram evidências experimentais para esse novo tipo de ímã, mas ainda precisam aproveitar o comportamento de aplicações. Agora, três grupos independentes propuseram métodos para ajustar eletricamente as propriedades dos altermagnets (1–3). Se implementado, as descobertas podem permitir o uso de altermagnets em dispositivos spintronics de próxima geração.
O AlterMagNets pode ser considerado um cruzamento entre antiferromagnets e ferromagnets. Como antiferromagnets, os materiais carecem de magnetização líquida – os giros magnéticos da rede atômica estão alinhados em direções opostas. Como os ferromagnets, eles têm níveis de energia magneticamente sensíveis e exibem estruturas de banda eletrônica que são divididas em bandas de rotação e spin-down. Essa divisão pode ser usada para polarizar uma corrente eletrônica, pois um estado de spin fluirá através do materials mais facilmente. A combinação dessas propriedades pode permitir que os pesquisadores criem dispositivos spirtronics que operam mais rapidamente e com maior eficiência do que os atualmente em uso, mas, para isso, eles precisam primeiro de uma maneira de manipular as propriedades de spin de um altermagnet.
Os métodos propostos das três equipes (um grupo liderado por Tong Zhou, do Instituto de Tecnologia Oriental, Ningbo, China; Libor Šmejkal do Instituto Max Planck para a física de sistemas complexos, a Alemanha; e um grupo liderado por Qihang Liu da Universidade Sul de Ciência e Tecnologia, China). O controle do magnetismo com eletricidade é particularmente atraente porque os campos elétricos são muito mais fáceis de manipular e integrar -se aos dispositivos eletrônicos modernos do que os campos magnéticos. O ajuste elétrico é potencialmente também mais rápido (subnanossegundo) e pode usar menos energia, duas propriedades cruciais para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos de alta velocidade e baixa potência.
Zhou e colegas consideram o chamado AlterMagnet antiferroelétrico (1). Como um antiferromagnet, um materials antiferroelétrico tem dentro de sua estrutura atômica dipolos elétricos alinhados em direções opostas. A equipe imagina um materials no qual esses dipolos são acoplados a rotações magnéticas de tal maneira que a população de spin-up, ou sublattice, está ligada ao sublattice spin-down através de uma simetria rotacional. Esse materials exibiria antiferroeletricidade e altermagnetismo. No entanto, a aplicação de um pequeno campo elétrico faria com que os dipolos se alinhassem na mesma direção. Nesse estado ferroelétrico, o materials não seria mais um altermagnet – mudaria para um antiferromagnet. Como resultado, não polarizaria mais uma corrente eletrônica. “O campo elétrico atua como um interruptor que atende e desligam a polarização de rotação, como ligar ou desligar uma torneira de rotação”, diz Zhou.
Os grupos liderados por Šmejkal e Liu consideram um sistema diferente, o chamado AlterMagnet comutável ferroelétrico (2Assim, 3). Um ferroelétrico, como o nome indica, tem dipolos elétricos apontando na mesma direção. Neste sistema, um campo elétrico aplicado para os modos de deformação do materials para controlar o sinal da divisão de rotação do altermagnet. Para a proposta de Šmejkal, essa deformação vem de rotações de unidades de treliça dentro do materials que – quando ativado eletricamente – reverte a polarização ferroelétrica do sistema, um fenômeno apelidado de efeito altermagnetoelétrico. Para Liu e colegas, a deformação relevante é a chamada distorção de Jahn-Teller, uma contração alternada e alongamento de títulos específicos. “Em dispositivos spintrônicos baseados em altermagnets comutáveis ferroelétricos, o controle do grau de liberdade de rotação se torna tão direto quanto escrever dados para uma unidade de estado sólido”, diz Liu.
“Essas descobertas são um passo significativo na compreensão da divisão de rotação”, diz Sayantika Bhowal, um físico condensado do Instituto Indiano de Tecnologia Bombaim. Ela diz que esses trabalhos teóricos demonstram como os campos elétricos podem controlar a divisão de rotação, alterando o ambiente geométrico em torno dos íons magnéticos. “Como esse controle é alcançado sem interromper a ordem antiferromagnética, ele abre possibilidades emocionantes para pesquisas futuras”, diz Bhowal.
Danilo Puggioni, físico computacional da Northwestern College, Illinois, concorda. “O conceito de projetar um altermagnet multifuncional, onde um campo elétrico controla a divisão de rotação, é intrigante e promissor”, diz ele. “De uma perspectiva tecnológica, a descoberta de tal materials pode abrir caminhos para dispositivos de memória mais confiáveis e eficientes.”
Com as três estruturas teóricas estabelecidas, os pesquisadores agora esperam que os experimentalistas validem suas propostas teóricas por meio de medições experimentais. Zhou e colegas identificaram várias famílias materiais possíveis, onde o comportamento poderia surgir, incluindo fosfatos de steel 2D van der Waals e óxidos de perovskita em 3D. Enquanto isso, Liu e colegas identificaram dois candidatos de altermagnet com alerta-ferroelétricos, e Šmejkal identificou vários outros, incluindo a ferrita de bismuto, o exemplo de livro de uma combinação ferroelétrica-magnética.
Alexander Edström, que estuda magnetismo e materiais magnéticos no Kth Royal Institute of Expertise, Suécia, espera que os três estudos inspirem rapidamente os experimentalistas. Mas ele adverte uma demonstração pode levar algum tempo. Puggioni observa que os materiais propostos não possuem a propriedade desejada à temperatura ambiente ou ainda não foram sintetizados. “Medir inequivocamente a troca da divisão de rotação altermagnética pode ser um desafio experimentalmente”, diz Edström. “Encontrar novos efeitos e técnicas para medir direta ou indiretamente o fenômeno é outro ponto importante a considerar em trabalhos futuros”.
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