A física da matéria condensada tem avançado rapidamente nas últimas décadas, impulsionada pelo desenvolvimento de técnicas de nanofabricação cada vez mais precisas. Hoje, é possível produzir e caracterizar estruturas com dimensões de poucos nanômetros — isto é, em escalas apenas ligeiramente maiores do que a escala atômica — permitindo controlar propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas de forma inédita.

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Mais recentemente, ganhou destaque uma nova classe de sistemas bidimensionais baseada em materiais exfoliáveis, como os dicalcogenetos de metais de transição (TMDs). Por serem compostos de camadas fracamente ligadas, esses materiais podem ser isolados na forma de monocamadas e empilhados em heteroestruturas de van der Waals, o que abre espaço para explorar novos regimes de confinamento quântico, efeitos de simetria (ou quebra de simetria) e forte acoplamento spin–órbita. Nesse contexto, tornou-se possível investigar mecanismos diversos de conversão entre correntes de spin e de carga — incluindo efeitos do tipo Hall (como spin Hall, orbital Hall e valley Hall) e o efeito Rashba–Edelstein em interfaces.

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Entre os temas mais ativos nesse cenário está o transporte associado ao spin eletrônico, base da chamada spintrônica. A ideia central é usar não apenas a carga do elétron, mas também o seu grau de liberdade de spin para gerar, manipular e detectar correntes e estados magnéticos, com potencial para reduzir dissipação de energia e ampliar funcionalidades em dispositivos. As aplicações tecnológicas são amplas e promissoras, indo desde tecnologias de gravação magnética de alta densidade e sensores até arquiteturas baseadas em memórias RAM magnéticas (MRAM), além do desenvolvimento de portas lógicas e transistores magnéticos voltados a computação e armazenamento mais eficientes.​

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Principais projetos: 

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- Bombeamento de momento angular de spin/orbital em sistemas bidimensionais

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O bombeamento de spin (spin pumping) é uma das formas de gerar corrente polarizada em spin a partir de uma heteroestrutura composta por um filme magnético em contato com outro não magnético. O grande desafio é compreender o que efetivamente acontece na interface, e materiais bidimensionais obtidos por CVD ou por diferentes métodos de exfoliação (mecânica, química etc.) são particularmente oportunos para avançar nessa direção. Temos várias frentes de investigação envolvendo interfaces com materiais semicondutores, e a influência da luz nos processos de conversão de corrente de spin/orbital para corrente de carga.

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- Propriedades magnéticas de materiais bidimensionais obtidos a partir de materiais do tipo van der Waals

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Os dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) apresentam propriedades eletrônicas muito ricas — do isolante ao metal e até ao estado supercondutor —, e podem ser exfoliados e assim flocos muito finos, monocamadas podem ser obtidas. Minha proposta é de investigar várias propriedades magnéticas incluindo Tc em monocamadas, anisotropias, efeitos de injeção de momento de spin/orbital de TMDs em contato com ferromagnetos (p.ex. YIG), combinando técnicas como MOKE focalizado, medida do Hall anômalo para entender os mecanismos de conversão spin/orbital para carga (SHE, OHE, VHE, Rashba–Edelstein). O objetivo final é o de mapear as relações entre estrutura, propriedades magnéticas e eletrônicas, e acoplamento spin–órbita nos TMDs para identificar as condições promissoras para a fabricação de dispositivos spintrônicos e opto‑spintrônicos.

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Equipamentos: Dispomos de um sistema de medidas magneto-ópticas capaz de medir ciclos de histerese de objetos de até alguns micrometros de extensão, um sistema de medidas de ressonância ferromagnética de banda larga, entre 1 e 20 GHz, um sistema de medidas de magnetorresistência, indo até 6K, além da infraestrutura de uso comum do CBPF como magnetômetros de amostra vibrante e SQUID. Algumas fotos podem ser vistas aqui. 

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Colaboradores: Meus principais colaboradores no CBPF são: Flávio Garcia, Eduardo Bittar, Damian Dugato, João Paulo Sinnecker, Carmem Gilardoni, Obed Alves, Nicholas Prestes, Ramon Cardias, Flaviano Santos e Tatiana Rappoport. Também inclui Roberto Bechara e Marcio Costa da UFF, e Alexandra Mougin da Université Paris Saclay.

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