Martedì, 06 settembre 2022

Rilevazione di magnetismo bidimensionale in un singolo cristallo di CrSBr mediante risonanza di spin elettronico

I risultati della ricerca pubblicati su Advanced Functional Materials
Schema del funzionamento di magnete bidimensionale

Magneti bidimensonali esfoliabili rappresentano una classe emergente di materiali 2D poichè preservano ordine magnetico sia in forma di cristallo singolo che nel monostrato. Queste cararatteristiche permettono ai materali 2D di essere incorporati in eterostrutture per fabbricare nuovi dispositive multi-funzionali che combinano proprietà elettriche, ottiche e magnetiche. Inoltre, i materiali magnetici 2D rappresentano un modello per l’osservazione di nuove transizioni di fase e fenomeni quantistici.

Il gruppo di ricerca internazionale guidato dal Prof. Fabrizio Moro, docente di Fisica sperimentale del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, ha dimostrato che un singolo cristallo di CrSBr mostra proprietà tipiche di un materiale bidimensionale. In particolare, mediante risonanza di spin elettronico è stato dimostrato che l’anisotropia magnetica e correlazioni tra gli spin degli ioni di Cr3+ persistono a temperature ambiente, cioè molto al di sopra della temperatura di ordine magnetico del CrSBr. Inoltre, lo stesso studio evidenzia che particolari configurazioni di spin dovute alla formazione di coppie di vortici e antivortici, possono essere presenti a bassa temperatura in un cristallo 3D di CrSBr. Queste configurazioni di spin sono dovute a transizioni topologiche cosiddette di Berezinskii–Kosterlitz–Thouless (BKT) per cui Berezinskii e Thouless hanno vinto il premio Nobel nel 2016.

Questi risultati rappresentano un passo in avanti nella comprensione delle proprietà magnetiche in materiali 2D e nella loro applicazione in spintronica ed elettronica basata su fenomeni topologici.

Questo studio è stato condotto al Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con le Università di Anhui, Pechino, Praga e Singapore.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati nell’articolo “Revealing 2D Magnetism in a Bulk CrSBr Single Crystal by Electron Spin Resonance” (DOI: 10.1002/adfm.202207044) sulla rivista Advanced Functional Materials (Impact Factor 19.924, Journal Citation Report (Clarivate Analytics, 2021)).