Физики побили рекорд самого тонкого магнита в мире

Ультратонкая пластина - это магнит, который работает при комнатной температуре, открывая возможности для развития технологий, в частности устройств памяти, а также для исследований ферромагнетизма и квантовой физики.

Это огромный шаг вперед по сравнению с предыдущими попытками создать 2D-магнит, который потерял свой магнетизм и стабильность при удалении из ультрахолодных условий.

Читай также: Физики побили новый рекорд по замедлению антивещества

“Мы первые, кто создал двухмерный магнит, работающий при комнатной температуре, который является химически стабильным в условиях окружающей среды“, - сказал материаловед Цзе Яо из Калифорнийского университета в Беркли.

“Современные 2D-магниты для работы нуждаются в очень низких температурах. Но по практическим соображениям центр обработки данных должен работать при комнатной температуре. Наш 2D-магнит - не только первый, который работает при комнатной температуре или выше, но и также является первым магнитом, достигшим истинного 2D-предела: он такой же тонкий, как одиночный атом!“

Это удивительное достижение было достигнуто с использованием материала, который называется ван-дер-ваальсовым оксидом цинка, легированным кобальтом. Как следует из названия, он создан из оксида графена, цинка и кобальта. Оксид графена погружен в дигидраты ацетата цинка и кобальта, соотношение которых тщательно измеряется.

При запекании в вакууме эта смесь медленно остывает, образуя единственный слой оксида цинка с вкраплениями атомов кобальта, расположенный между слоями графена. На этапе запекания на воздухе графен выгорает, оставляя единственный слой оксида цинка, легированного кобальтом.

Читай также: Создан магнит для бетона и дерева

Затем команда использовала сканирующую электронную микроскопию, чтобы подтвердить одноатомную толщину структуры, и просвечивающую электронную микроскопию, чтобы отобразить кристаллическую структуру и состав, атом за атомом.

Полученная двумерная пленка оказалась магнитной, но то, насколько она магнитна, зависит от количества кобальта, рассеянного среди оксида цинка. Приблизительно от 5 до 6 процентов магнетизм был довольно слабым. Удвоившись примерно до 12 процентов, материал стал довольно сильно магнитным.

На 15% материал был настолько магнитным, что локализованные спины внутри материала начали конкурировать друг с другом - состояние, известное как разочарование . Это может нарушить магнитный порядок внутри системы, поэтому кажется, что где-то около 12 процентов - это золотая середина.

Интересно, что пленка оставалась магнитной и химически стабильной не только при комнатной температуре, но и до температуры около 100 градусов по Цельсию (212 градусов по Фаренгейту), хотя оксид цинка не является ферромагнитным материалом.

“Наша двумерная магнитная система демонстрирует особый механизм по сравнению с предыдущими двумерными магнитами“, - сказал материаловед и первый автор исследования Руи Чен из Калифорнийского университета в Беркли. “И мы думаем, что этот уникальный механизм связан с наличием свободных электронов в оксиде цинка“.

Читай также: Магнит уводит людей налево

Электроны - это, помимо прочего, очень маленькие магниты. У каждого электрона есть северный и южный магнитные полюса и собственное крошечное магнитное поле. В большинстве материалов магнитные ориентации электронов компенсируют друг друга, но в ферромагнитных материалах электроны группируются вместе в доменах, где все они имеют одинаковую магнитную ориентацию. В магнитном материале все домены ориентированы в одном направлении.

Свободные электроны - это электроны, не прикрепленные к ядру атома. Исследователи полагают, что свободные электроны в оксиде цинка могут работать как посредники, которые удерживают магнитные атомы кобальта в пленке в одном направлении даже при высоких температурах.

Это, безусловно, то, что требует дальнейшего исследования, тем более, что оно может открыть так много новых возможностей для развития технологий и исследований. Сама пленка гибкая, а ее производство масштабируемо, а это значит, что возможности огромны.

Одним из направлений является изучение магнитных взаимодействий между атомами, что имеет значение для квантовой физики. Другой - спинтроника, изучение спина электронов. Его также можно использовать для производства легких и гибких запоминающих устройств, которые полагаются на изменение ориентации магнитного поля для кодирования двоичных данных.

Дальнейший анализ и расчеты помогут лучше понять ограничения материала.

“Наши результаты даже лучше, чем мы ожидали, и это действительно интересно. В большинстве случаев в науке эксперименты могут быть очень сложными“, - сказал Яо. “Но когда ты наконец осознаешь что-то новое, это всегда приносит удовлетворение“.

Напомним, ранее сообщалось, что магнитное поле Земли в прошлом постоянно изменялось.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

• Теги:
• рекорд
• магнит