Най-тънкият магнит в света е с дебелина само един атом

При пробив, който може да отвори нови вълнуващи възможности в изчислителната техника и електрониката, учените в САЩ са разработили двуизмерен магнитен материал, който е най-тънкият в света. Магнитът е с дебелина само един атом и за разлика от подобни материали, разработени по-рано, е в състояние да функционира при стайна температура, което, наред с други приложения, може да позволи съхраняването на данни при много по-висока плътност.

Идентифицирането на двуизмерни материали с магнитни свойства е нещо, което учените са постигнали преди. През 2017 г. разгледахме изследвания, изследващи феромагнитен материал, наречен хром трийодид, който според учените може да бъде обръснат в монослой с дебелина един атом, като същевременно запази магнетизма си.

Учените от Националната лаборатория на Лорънс Бъркли и Калифорнийския университет в Бъркли работят по отстраняването на един от недостатъците на такива предварително разработени 2D магнити, което е нестабилност при стайна температура, която ги кара да губят магнетизма си. Това ограничи практичността на технологията досега, но изследователите сега намериха обещаващ път напред.

„Съвременните 2D магнити се нуждаят от много ниски температури, за да функционират”, обяснява старшият автор Jie Yao. „Но от практически съображения центърът за данни трябва да работи при стайна температура. Нашият 2D магнит е не само първият, който работи при стайна температура или по-висока, но е и първият магнит, достигнал истинската 2D граница: Той е тънък като един атом! “

Илюстрация, изобразяваща структурата на новоразработен 2D магнитен филм, с червени, сини и жълти сфери, представляващи атоми на кобалт, кислород и цинк

Лаборатория в Бъркли

Учените започнаха със смес от графенов оксид, цинк и кобалт, която беше изпечена в лабораторията и трансформирана в слой цинков оксид с пръскане на кобалтови атоми, разпространени навсякъде. Измервайки само един атом с дебелина, този слой беше поставен между два слоя графен, които след това бяха изгорени, за да остане след себе си магнитен, 2D филм.

Чрез последващи експерименти екипът установи, че магнетизмът може да бъде променен чрез промяна на количеството кобалт в материала. Концентрация от пет или шест процента от кобалтовите атоми води до сравнително слаб магнит, докато повишаването на концентрацията до 12 процента създава много силен магнит. Удрянето му до 15 процента доведе до това, което учените наричат ​​квантово състояние на “фрустрация”, където конфликтните магнитни състояния в материала са в съревнование помежду си.

Най-важното е, че екипът установи, че за разлика от по-ранните 2D магнити, материалът запазва своите магнитни свойства не само при стайна температура, но и при температури до 100 ° C (212 ° F).

„Нашата 2D магнитна система показва различен механизъм в сравнение с предишните 2D магнити“, казва авторът на изследването Руй Чен. „И смятаме, че този уникален механизъм се дължи на свободните електрони в цинковия оксид.“

2D магнитът на екипа е милион пъти по-тънък от лист хартия и може да се огъне в почти всякаква форма. Едно от обещаващите приложения за технологията е съхранението на данни. Устройствата с памет, използвани днес, разчитат на магнитни филми, които са много тънки, но все пак са триизмерни и измерват дебелина на стотици или хиляди атоми. По-тънките магнити, особено тези с дебелина само един атом, биха позволили данните да се съхраняват при много по-висока плътност.

Материалът също така дава възможност за нови начини на изучаване в света на квантовата физика, като позволява наблюдения на единични магнитни атоми и взаимодействията между тях. Друга възможност се отнася до областта на спинтрониката, където спинът на електроните, а не техният заряд, ще се използва за съхраняване и манипулиране на данни, като учените си представят, че 2D магнитът може да е част от компактно устройство, което улеснява тези процеси.

„Вярвам, че откриването на този нов, здрав, наистина двуизмерен магнит при стайна температура е истински пробив“, казва съавторът Робърт Биргено.

Изследването е публикувано в списанието Nature Communications.

Източник: Лаборатория в Бъркли

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate