Znanstvenici otkrivaju 2-D magnet

ZEITGEIST: MOVING FORWARD | OFFICIAL RELEASE | 2011 (Lipanj 2019).

Anonim

Magnetski materijali čine osnovu za tehnologije koje danas igraju sve ključne uloge u našim životima, uključujući prepoznavanje i pohranu podataka tvrdog diska. Ali kako naši inovativni snovi privlače želje za sve manje i bržim uređajima, istraživači traže nove magnetske materijale koji su kompaktniji, učinkovitiji i mogu se kontrolirati preciznim, pouzdanim metodama.

Tim vodio Sveučilište u Washingtonu i Tehnološkom institutu u Massachusettsu prvi put je otkrio magnetizam u dvodijelnom svijetu monoslojstava ili materijala koji su formirani od strane jednog atomskog sloja. Nalazi, objavljeni 8. lipnja u časopisu Nature, pokazuju da magnetska svojstva mogu postojati čak iu 2-D području otvaranja svijeta potencijalnih aplikacija.

"Ono što smo ovdje otkrili jest izolirani dvodijelni materijal s intrinzičnim magnetizmom, a magnetizam u sustavu je vrlo robustan", rekao je Xiaodong Xu, profesor fizike i znanosti o materijalima i inženjeringu i član UW's Clean Energetski institut. "Zamislimo da nove informacijske tehnologije mogu nastati na temelju tih novih 2-D magneta".

Profesor fizike Xu i MIT Pablo Jarillo-Herrero vodio je međunarodni tim znanstvenika koji su dokazali da materijal-krom trijodid, ili CrI3-ima magnetska svojstva u svom jednoslojnom obliku.

Druge skupine, uključujući koautor Michaela McGuirea u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge, prethodno su pokazale da CrI3 - u višeslojnom, 3-D, skupnom kristalnom obliku - je feromagnetski. U feromagnetskim materijalima, "okretaji" konstitutivnih elektrona, analogni malim, subatomskim magnetima, poravnavaju se u istom smjeru čak i bez vanjskog magnetskog polja.

Ali nikakva 3-D magnetska supstanca prethodno nije zadržala svoje magnetsko svojstvo kada se razrjeđivala do jednog atomskog lista. U stvari, jednoslojni materijali mogu pokazati jedinstvena svojstva koja nisu vidljiva u njihovim višeslojnim, 3-D oblikima.

"Jednostavno ne možete precizno predvidjeti kakva će se električna, magnetska, fizikalna ili kemijska svojstva 2-D monoslojnog kristala temeljiti na ponašanju svog trodijelnog otpornika", rekao je autor i UW doktorski student Bevin Huang.

Atomi unutar monoslojnih materijala smatraju se "funkcionalno" dvodimenzionalni jer se elektroni mogu putovati samo unutar atomske ploče, poput komada na šahovskoj ploči.

Da bi otkrili svojstva CrI3 u svom 2-D obliku, tim je koristio Scotch traka za brijanje jednoličnog sloja CrI3 od većeg, kristalnog oblika 3-D.

"Korištenje Scotch vrpce za ljuštenje monolajera iz kristala s 3-D skupinom iznenađujuće je djelotvorno", izjavio je koautor i UW doktorat Genevieve Clark. "Ova jednostavna, jeftina tehnika prvo se koristila za dobivanje grafena, 2-D oblika grafita, i od tada se uspješno koristi s drugim materijalima."

U feromagnetskim materijalima, poravnate vrhove elektrona ostavljaju prepoznatljiv potpis kada se zraka polarizirane svjetlosti reflektira s površine materijala. Istraživači su otkrili taj potpis u CrI3 pomoću posebne vrste mikroskopije. To je prvi konačni znak intrinzičnog feromagnetizma u izoliranom monosloju.

Iznenađujuće, u CrI3 pahuljicama koje su debljine dva sloja, optički je potpis nestao. To znači da su se elektronske okretaje nasuprotno poravnate jedna drugoj, pojam poznat kao anti-feromagnetski poredak.

Ferromagnetizam se vratio u troslojni CrI3. Znanstvenici će morati provoditi dodatne studije kako bi shvatili zašto CrI3 prikazuje ove izvanredne magnetske faze ovisne o slojevima. No, za Xu, to su samo neke od doista jedinstvenih svojstava koja su otkrivena kombiniranjem monolojki.

"Samo dvodimenzionalni monoslojevi nude uzbudljive mogućnosti za proučavanje drastične i precizne električne kontrole magnetskih svojstava, što je bio izazov za ostvarivanje svojih 3-D skupnih kristala", rekao je Xu. "Ali još veća prilika može se pojaviti kada skupite monoslojne s različitim fizikalnim svojstvima, tamo možete dobiti još više egzotičnih pojava koje se ne vide samo u jednosloju ili u kristalima s trostrukim bulletom."

Velik dio Xuovih istraživačkih centara na stvaranju heterostruktura, koji su hrpe dvaju različitih ultrazvučnih materijala. Na sučelju između dva materijala, njegov tim traži nove fizičke pojave ili nove funkcije kako bi omogućio potencijalne aplikacije u računalnim i informacijskim tehnologijama.

U povezanom unapređenju, Xu-ova istraživačka skupina, profesorica UW elektrotehnike i fizike Kai-Mei Fu vodila je tim kolega objavljenih u časopisu 31. svibnja u Science Advancesu, pokazujući da je ultrazvučni oblik CrI3, kada se montira s monoslojem volfram diselenida, stvara ultrazvučna "heterostruktura" sučelje s jedinstvenim i neočekivanim fotonskim i magnetskim svojstvima.

"Heterostrukture imaju najveće obećanje o realizaciji novih aplikacija u računalstvu, pohranu podataka, komunikacijama i drugim aplikacijama koje još ne možemo ni pojmiti", rekao je Xu.

Xu i njegov tim bi sljedeći željeli istražiti magnetska svojstva jedinstvena za 2-D magnete i heterostrukture koji sadrže CrI3 monosloj ili dvosloj.

menu
menu