Pesquisadores de Universidade Estadual da Flórida descobriram uma nova maneira de criar uma classe específica de materials 2D e aprimorar suas características magnéticas. O diário Angewandte Chemie publicou o estudo.
Os materiais 2D, com apenas alguns átomos de espessura, oferecem possibilidades interessantes para novas tecnologias que correspondem ao desempenho das máquinas atuais, mas em escala microscópica.
Nas suas experiências com o FGT, um íman metálico feito de ferro, germânio e telúrio, a equipa de investigação alcançou dois avanços importantes. Eles alteraram com sucesso as propriedades magnéticas do FGT por meio de tratamento químico e desenvolveram um novo método de coleta do materials, que rendeu 1.000 vezes mais que os métodos tradicionais.
Os materiais 2D são realmente fascinantes por causa de sua química, física e usos potenciais. Estamos avançando no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais eficientes, que consomem menos energia, são mais leves, mais rápidos e mais responsivos. Os materiais 2D são uma grande parte desta equação, mas ainda há muito trabalho a ser feito para torná-los viáveis. Nossa pesquisa faz parte desse esforço.
Michael Shatruk, líder de pesquisa do estudo e professor do Departamento de Química e Bioquímica da Florida State College
O estudo começou com a esfoliação em fase líquida, um método de processamento de solução que cria grandes quantidades de nanofolhas bidimensionais a partir de cristais em camadas. A equipe de pesquisa percebeu que outros químicos usavam essa técnica para criar semicondutores 2D, então decidiram usá-la com materiais magnéticos.
Os químicos podem coletar significativamente mais desses materiais usando esfoliação em fase líquida em comparação com o método de esfoliação mecânica mais comumente usado, que envolve fita adesiva. Em seu trabalho, os pesquisadores conseguiram coletar 1.000 vezes mais materials de Shatruk usando essa abordagem do que com técnicas tradicionais de esfoliação mecânica.
Esse foi o primeiro passo e descobrimos que period bastante eficiente. Depois de fazer a esfoliação, pensamos: Bem, esfoliar parece fácil. E se aplicássemos química a essas nanofolhas esfoliadas?
Michael Shatruk, líder de pesquisa do estudo e professor do Departamento de Química e Bioquímica da Florida State College
Seu processo de esfoliação bem-sucedido produziu FGT suficiente para permitir pesquisas adicionais sobre a química do materials. A equipe combinou as nanofolhas FGT com um composto orgânico chamado 7,7,8,8-Tetracianoquinodimetano (TCNQ). Este processo moveu elétrons das nanofolhas de FGT para as moléculas de TCNQ, resultando em um novo materials chamado FGT-TCNQ.
Outro avanço foi a criação de um ímã permanente com coercividade aprimorada, uma medida da resistência de um ímã a campos magnéticos externos.
Embora os ímãs permanentes mais avançados usados em tecnologias de ponta possam suportar campos magnéticos de vários Tesla, alcançar resistência semelhante em ímãs 2D como o FGT é muito mais desafiador. Isto ocorre porque o momento magnético no materials a granel pode ser revertido por um campo muito fraco, o que significa que tem coercividade quase zero.
Ao esfoliar cristais FGT em nanofolhas, os pesquisadores criaram um materials com uma coercividade de cerca de 0,1 Tesla – ainda insuficiente para muitas aplicações práticas. No entanto, quando adicionaram TCNQ às nanofolhas FGT, a coercividade aumentou cinco vezes para 0,5 Tesla. Isso abre possibilidades promissoras para o uso de ímãs 2D em áreas como armazenamento de dados, filtragem de spin e blindagem eletromagnética.
Ao contrário dos eletroímãs, que requerem eletricidade para gerar um campo magnético, os ímãs permanentes geram por si próprios um campo magnético persistente. Esses ímãs são componentes cruciais em muitas tecnologias, incluindo alto-falantes, turbinas eólicas, telefones celulares, discos rígidos e máquinas de ressonância magnética.
Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam explorar técnicas alternativas, como o transporte de gás, para tratar materiais ou esfoliar o TCNQ ou moléculas semelhantes antes de adicioná-las ao materials magnético. Eles também investigarão como esses tratamentos podem afetar outros materiais 2D, como semicondutores.
É uma descoberta emocionante porque abre muitos caminhos para futuras explorações. Existem muitas moléculas diferentes que podem ajudar a estabilizar ímãs 2D, permitindo o design de materiais com múltiplas camadas cujas propriedades magnéticas são manipuladas para melhorar sua funcionalidade..
Govind Sarang, doutorando e coautor do estudo, Florida State College
Os coautores do estudo incluem o estudante de graduação Jaime Garcia-Oliver e o pesquisador Yan Xin. Os colaboradores da Universidade de Valência, Espanha, foram Alberto M. Ruiz e o Professor José J. Baldoví.
A Nationwide Science Basis financiou o estudo.
Referência do periódico:
Sasi Kumar, G., e outros. (2024) Abrindo o Loop de Histerese em Fe Ferromagnético3GeTe2 Nanofolhas por meio de funcionalização com moléculas TCNQ. Angewandte Chemie Edição Internacional. doi.org/10.1002/anie.202412425.