Cálculos de uma equipe de pesquisadores da Universidade Federal Fluminense (UFF)e da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), com colaboradores da Universidade do Norte do Texas, Estados Unidos, mostraram que materiais compostos por apenas duas camadas atômicas de dissulfeto de molibdênio (MoS2), ou de outros compostos da família dos dicalcogenetos de metais de transição, podem ser o alvo ideal para se observar em laboratório o chamado efeito Hall orbital. Aprender a controlar esse fenômeno em materiais isolantes será essencial para o desenvolvimento da “orbitrônica”, uma alternativa mais eficiente à eletrônica, que utilizaria o momento angular orbital de elétrons para armazenar e processar informação.
Publicado em fevereiro na revista Physical Review Letters, o estudo foi realizado por Tarik Cysne, Márcio Costa e Roberto Bechara, da UFF, Luis Canonico, ex-doutorando da UFF, atualmente no ICN2, Espanha, Marco Nardelli, da Universidade do Norte do Texas, Estados Unidos e Tatiana Rappoport, da UFRJ.
“Dentre os fenômenos físicos que se tornaram importantes para possibilitar a aplicabilidade da orbitrônica em estado sólido, talvez o mais importante seja o efeito Hall orbital”, Cysne explica no vídeo gravado para a SBF. “O efeito consiste na geração de uma corrente transversa polarizada de momento angular orbital, como resposta a um campo elétrico longitudinal aplicado. Esse efeito já foi relativamente bem estudado em metais tridimensionais, mas pouco se encontra na literatura sobre ele em sistemas bidimensionais.”
O grupo da UFF e da UFRJ já havia descoberto anteriormente que o efeito Hall orbital pode surgir com grande intensidade em fases isolantes de materiais bidimensionais, como a monocamada de dicalcogeneto de metal de transição (TMD). A monocamada de TMD, entretanto, também apresenta outro fenômeno, o efeito Hall de vale, que também envolve transporte de momento angular e é praticamente indistinguível do efeito Hall orbital nos experimentos. O novo estudo mostra que, ao contrário da monocamada, a bicamada de TMD apresenta o efeito Hall orbital na fase isolante sem interferência de nenhum outro fenômeno concorrente. Os pesquisadores também descobriram que a diferença qualitativa entre a monocamada e a bicamada de TMD pode ser explicada por alterações na simetria e na topologia do sistema, quando passa a ter duas camadas ao invés de uma.
A pesquisa foi realizada com o apoio financeiro do INCT Nanocarbono, CNPq, CAPES e FAPERJ.
Artigo científico
Disentangling Orbital and Valley Hall Effects in Bilayers of Transition Metal Dichalcogenides
Tarik P. Cysne, Marcio Costa, Luis M. Canonico, M. Buongiorno Nardelli, R. B. Muniz e Tatiana G. Rappoport
Phys. Rev. Lett. 126, 056601 – 5 de fevereiro de 2021
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