Duas camadas torcidas criam vórtices elétricos em um metal

Quando duas folhas cristalinas são sobrepostas com uma leve rotação, seus átomos deixam de coincidir igualmente em todos os pontos. Yingzhuo Lun, Xinxin Hu, Qi Ren e colegas usaram essa diferença para produzir e observar vórtices de polarização em membranas metálicas de rutenato de estrôncio, composto cuja fórmula química é SrRuO₃. Polarização, aqui, significa um deslocamento relativo de cargas dentro da estrutura; um vórtice é a organização espacial em giro dessas direções locais. O resultado foi publicado na revista Nature Materials.

A equipe empilhou duas membranas finas desse metal com ângulos de torção diferentes. O padrão maior que surge da sobreposição de duas redes periódicas levemente giradas é chamado de padrão de moiré. Por microscopia eletrônica, os pesquisadores reconstruíram deslocamentos de átomos e mapearam a deformação; também mediram propriedades magnéticas e de transporte elétrico. Cálculos da teoria do funcional da densidade, método computacional que estima o comportamento dos elétrons em materiais, ajudaram a interpretar as observações.

Os mapas mostraram vórtices dipolares, isto é, voltas no padrão local de separação de cargas, associados a gradientes de deformação por cisalhamento que se repetem com o moiré. Uma variação de deformação capaz de induzir polarização é chamada de flexoeletricidade. A intensidade do padrão dependeu do ângulo entre as camadas e da distância à interface. Abaixo da temperatura em que o material desenvolve ordenamento magnético persistente, o ferromagnetismo coexistiu com a ordem dipolar; os dois sinais variaram em sentidos opostos com o ângulo, o que sugere competição entre eles.

O efeito surpreende porque cargas móveis em metais costumam dificultar a manutenção de padrões elétricos organizados. O instituto participante, Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology, divulgou o estudo em texto assinado por Chema Arcos. Essa divulgação e o artigo descrevem as observações e as medições; não demonstram uma memória eletrônica pronta nem controle reversível de estados em um dispositivo.

A evidência sustenta que a torção pode organizar vórtices de polarização em um metal que também é ferromagnético. Ela ainda não estabelece o mecanismo microscópico como única explicação nem uma aplicação tecnológica. Experimentos que mudem o ângulo e a deformação de modo controlado e testem a estabilidade e a reversibilidade dos padrões dirão se é possível usá-los funcionalmente.