Um novo campo elétrico de vórtice com potencial para aprimorar futuros dispositivos eletrônicos, magnéticos e ópticos foi observado por pesquisadores da Metropolis College of Hong Kong (CityUHK) e parceiros locais.
A pesquisa, publicada na Science, é altamente valiosa porque pode melhorar o funcionamento de muitos dispositivos, incluindo o fortalecimento da estabilidade da memória e da velocidade de computação. Com mais pesquisas, a descoberta do campo elétrico de vórtice pode impactar ainda mais tarde os campos da computação quântica, spintrônica e nanotecnologia.
“Anteriormente, a geração de um campo elétrico de vórtice exigia técnicas caras de deposição de filmes finos e procedimentos complexos. No entanto, nossa pesquisa demonstrou que uma simples torção em materiais 2D de bicamada pode facilmente induzir este campo elétrico de vórtice,” disse o professor Ly Thuc Hue, do Departamento de Química e membro principal do Centro de Tremendous-Diamante e Filmes Avançados da CityUHK.
Para obter uma interface limpa, os pesquisadores normalmente sintetizavam bicamadas diretamente. No entanto, é um desafio manter a liberdade nos ângulos de torção, especialmente para torções de ângulo baixo. A equipe da professora Ly inventou a técnica inovadora de transferência assistida por gelo, que ela explica ter sido essential para alcançar uma interface limpa entre as bicamadas, permitindo-lhes manipular e criar bicamadas torcidas livremente.
Ao contrário de estudos anteriores que se concentraram em ângulos de torção menores que 3 graus, a técnica da equipe permitiu criar um amplo espectro de ângulos de torção variando de 0 a 60 graus, aproveitando a síntese e o empilhamento synthetic por meio de transferência assistida por gelo.
Aplicações versáteis
A descoberta inovadora do novo campo elétrico de vórtice na bicamada torcida também criou um quasicristal 2D, melhorando potencialmente futuros dispositivos eletrônicos, magnéticos e ópticos. Os quasicristais são estruturas ordenadas irregularmente desejáveis devido ao seu baixo calor e condutividade elétrica, tornando-os ideais para revestimentos de superfície de alta resistência, como em frigideiras.
Segundo o professor Ly, essas estruturas podem ter uma gama versátil de aplicações, pois o campo elétrico do vórtice gerado difere dependendo do ângulo de torção. Os quasicristais podem resultar em um efeito de memória mais estável para dispositivos eletrônicos, mobilidade e velocidade ultrarrápidas para computação, comutação de polarização sem dissipação, novos efeitos ópticos polarizáveis e avanços na spintrônica.
Descoberta de uma nova técnica
A equipe superou muitas dificuldades no caminho para fazer a nova observação. Primeiro, eles tiveram que encontrar uma maneira de estabelecer uma interface limpa entre as bicamadas. Isso os levou a descobrir uma nova técnica que utiliza gelo como materials de transferência, uma inovação neste campo. Ao sintetizar e transferir materiais 2D usando uma fina camada de gelo, a equipe conseguiu interfaces limpas e fáceis de manipular. Em comparação com outras técnicas, esta técnica de transferência assistida por gelo é mais eficaz, menos demorada e mais económica.
Eles então tiveram que superar o desafio de analisar o materials. Eles finalmente fizeram a descoberta através do uso de microscopia eletrônica de transmissão quadridimensional (4D-TEM) e da colaboração com outros pesquisadores. Em uma de suas muitas etapas de testes, a estrutura 2D de bicamada torcida foi criada e o novo campo elétrico de vórtice foi observado.
Olhando para o futuro
Considerando a extensa gama de aplicações para ângulos de torção, a equipe espera continuar a desenvolver suas pesquisas com base na nova observação e explorar todo o seu potencial.
As próximas etapas do estudo se concentrarão na manipulação adicional do materials, como testar se é possível empilhar mais camadas ou verificar se o mesmo efeito pode ser gerado a partir de outros materiais. Tendo patenteado a sua técnica de transferência assistida por gelo, a equipa espera ver se outras descobertas podem ser geradas globalmente com a ajuda da sua técnica, agora que é possível obter interfaces de bicamada limpas sem procedimentos extensos e dispendiosos.
“Este estudo teve o potencial de iniciar um novo campo focado em campos de vórtices torcidos em nanotecnologia e tecnologia quântica”, O professor Ly concluiu, enfatizando que a descoberta, embora ainda nos estágios iniciais em termos de aplicação, pode ser uma grande virada de jogo em aplicações de dispositivos como memória, computação quântica, spintrônica e dispositivos de detecção.
O artigo intitulado “Vórtice polar e quase cristalino observado em dissulfeto de molibdênio de bicamada torcida” foi publicado recentemente na Science.
Os autores correspondentes deste artigo são o Professor Ly, o Professor Zhao Jiong e o Professor Yang Ming do Departamento de Física Aplicada da Universidade Politécnica de Hong Kong. Outros colaboradores incluem o professor Lee Chun-Sing do Departamento de Química da CityUHK e o professor Lau Shu Ping do Departamento de Física Aplicada da Universidade Politécnica de Hong Kong.