Nuevo método para determinar la energía de intercambio en materiales 2D
El trabajo de los detectives dio una solución sencilla
Investigadores de la Universidad de Basilea han estudiado cómo entender mejor las propiedades ferromagnéticas de los electrones en el semiconductor bidimensional disulfuro de molibdeno. Han descubierto una forma sorprendentemente sencilla de medir la energía necesaria para invertir el espín de un electrón.
El ferromagnetismo es un importante fenómeno físico que desempeña un papel clave en muchas tecnologías. Es bien sabido que metales como el hierro, el cobalto y el níquel son magnéticos a temperatura ambiente porque sus espines electrónicos están alineados en paralelo, y sólo a temperaturas muy elevadas pierden sus propiedades magnéticas.
Investigadores dirigidos por el profesor Richard Warburton, del Departamento de Física y del Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea, han demostrado que el disulfuro de molibdeno también presenta propiedades ferromagnéticas en determinadas condiciones. Cuando se somete a bajas temperaturas y a un campo magnético externo, los espines de los electrones de este material apuntan todos en la misma dirección.
En su último estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, los investigadores determinaron cuánta energía se necesita para cambiar el espín de un electrón individual dentro de este estado ferromagnético. Esta "energía de intercambio" es importante porque describe la estabilidad del ferromagnetismo.
El trabajo de los detectives aportó una solución sencilla
"Excitamos el disulfuro de molibdeno con un láser y analizamos las líneas espectrales que emitía", explica la Dra. Nadine Leisgang, autora principal del estudio. Dado que cada línea espectral corresponde a una longitud de onda y una energía específicas, los investigadores pudieron determinar la energía de intercambio midiendo la separación entre líneas espectrales concretas. Descubrieron que, en el disulfuro de molibdeno, esta energía es sólo unas 10 veces menor que en el hierro, lo que indica que el ferromagnetismo del material es muy estable.
"Aunque la solución parece sencilla, fue necesario un considerable trabajo detectivesco para asignar correctamente las líneas espectrales", explica Warburton.
Materiales bidimensionales
Los materiales bidimensionales desempeñan un papel clave en la investigación de materiales gracias a sus propiedades físicas especiales, resultado de efectos mecánicos cuánticos. Además, pueden apilarse para formar "heteroestructuras de van der Waals".
En el ejemplo visto en este estudio, la capa de disulfuro de molibdeno está rodeada de nitruro de boro hexagonal y grafeno. Estas capas se mantienen unidas por enlaces débiles de van der Waals y son de interés en los campos de la electrónica y la optoelectrónica gracias a sus propiedades únicas. Comprender sus propiedades eléctricas y ópticas es vital para aplicarlas a futuras tecnologías.
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