Pesquisadores melhorar um 2D materials ferromagnético por camadas com um isolador topológico para revelar mais forte, ajustável comportamento para a próxima geraçãogeração dispositivos quânticos
As interfaces acopladas por troca oferecem um caminho poderoso para estabilizar e melhorar as propriedades ferromagnéticas em materiais bidimensionais, como calcogenetos de metais de transição. Esses materiais exibem fortes correlações entre graus de liberdade de carga, spin, orbitais e rede, tornando-os uma área interessante para fenômenos quânticos emergentes.
A estrutura cristalina do Cr₂Te₃ forma naturalmente camadas que se comportam como folhas bidimensionais de materials magnético. Cada camada tem ordenação magnética (ferromagnetismo), mas as camadas não estão firmemente ligadas na terceira dimensão e são consideradas “quase 2D”. Essas camadas são úteis para engenharia de interface. Usando uma técnica baseada em vácuo para crescimento de filme fino atomicamente preciso, conhecida como epitaxia de feixe molecular, os pesquisadores demonstram a síntese de Cr₂Te₃ em escala de wafer até a espessura de monocamada em substratos isolantes. Notavelmente, o ferromagnetismo robusto persiste mesmo no limite da monocamada, um marco crítico para o magnetismo 2D.
Quando Cr₂Te₃ é próximo (um efeito que ocorre quando um materials é colocado em contato físico próximo com outro, de modo que suas propriedades são influenciadas pelo materials vizinho) a um isolante topológico, especificamente (Bi,Sb)₂Te₃, a temperatura de Curie, o limiar entre as fases ferromagnética e paramagnética, aumenta de ~ 100 Okay para ~ 120 Okay. Este aumento é confirmado experimentalmente por meio de reflectometria de nêutrons polarizados, que revela uma substancial aumento na magnetização na interface.
A modelagem teórica atribui esse aprimoramento magnético à interação Bloembergen-Rowland, que é um mecanismo de troca de longo alcance mediado por transições virtuais intrabanda. Crucialmente, esta interação é facilitada pelos estados de superfície topologicamente protegidos do isolador topológico, que são polarizados por spin e robustos contra desordem. Esses estados permitem o acoplamento magnético de longa distância através da interface, sugerindo um mecanismo common para o aumento da temperatura Curie em heteroestruturas magnéticas acopladas a isolantes topológicos.
Este trabalho não apenas demonstra um método para estabilizar o ferromagnetismo 2D, mas também abre as portas para a eletrônica topológica, onde o magnetismo e a topologia são co-projetados na interface. Tais sistemas poderiam permitir novos dispositivos híbridos quânticos, incluindo componentes spintrônicos, transistores topológicos e plataformas para a realização de quasipartículas exóticas como férmions de Majorana.
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Isoladores topológicos interagentes: uma revisão por Stephan Rachel (2018)