Forskere har for første gang opdaget to-dimensionelle magneter, der er dannet af et enkelt lag af atomer, og kan bane vej for mere kompakte og effektive enheder.
Magnetiske materialer danner grundlag af teknologier, der spiller mere og mere central rolle i vores liv i dag, herunder sensing og hard-disk lagring af data.
For mindre og hurtigere enheder, forskerne søger nye magnetiske materialer, der er mere kompakt, mere effektiv, og kan styres ved hjælp af præcise, pålidelige metoder.
Et hold ledet af University of Washington (UW) og Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA har for første gang opdaget magnetisme i den 2D verden af monolag, eller materialer, der er dannet af et enkelt atom-lag.
Resultaterne, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature, viser, at magnetiske egenskaber kan eksistere selv i den 2D verden – åbner en verden af mulige applikationer.
“Det, vi har opdaget, at her er en isoleret 2D-materiale med iboende magnetisme, og den magnetisme i systemet er meget robust,” sagde Xiaodong Xu, en professor ved university of washington.
“Vi forestiller os, at nye teknologier kan komme baseret på disse nye 2D-magneter,” siger Xu.
Forskere har tidligere vist, at CrI3 – i sin flerlaget, 3D, bulk krystal form – er ferromagnetisk, der er, har nogle magnetiske egenskaber.
Men ingen 3D-magnetisk stof, der tidligere havde bevaret sin magnetiske egenskaber, når fortyndet ned til en enkelt atomar ark. I virkeligheden, monolayer materialer, der kan påvise, unikke egenskaber, som ikke ses i deres lag, 3D-former.
“Du kan simpelthen ikke præcist forudsige, hvad de elektriske, magnetiske, fysiske eller kemiske egenskaber af en 2D monolayer krystal vil være baseret på adfærd af sin 3D-bulk modstykke,” sagde Bevin Huang, ph.d. – studerende på UW.
Atomer inden monolayer materialer, der er betragtet to-dimensional, fordi elektronerne kun kan rejse inden for de atomare ark, som brikker på et skakbræt.
At opdage egenskaber CrI3 i sin 2D-form, holdet har simpelthen brugt tape til at barbere en monolayer af CrI3 fra de større, 3D crystal form.
“Brug tape til at eksfoliere en monolayer fra sin 3D-bulk-crystal er overraskende effektiv,” siger Genevieve Clark, ph.d. – studerende på UW.
Forskerne opdaget magnetiske egenskaber i CrI3 hjælp af en særlig type af mikroskopi.
I CrI3 flager, der er to lag tyk, den magnetiske egenskaber er forsvundet, og tilbage i tre lag CrI3. Forskerne bliver nødt til at foretage yderligere undersøgelser for at forstå, hvorfor CrI3 vises disse bemærkelsesværdige lag er afhængige af magnetiske faser.
“2D-monolag alene tilbyder spændende muligheder for at studere det drastiske og præcis elektrisk kontrol af magnetiske egenskaber, hvilket har været en udfordring at indse, at bruge deres 3D-bulk-krystaller,” siger Xu.
“Men en endnu større mulighed kan opstå, når du stak monolag med forskellige fysiske egenskaber sammen. Der, kan du få endnu mere eksotiske fænomener, som ikke ses i monolayer alene eller i 3D-bulk crystal,” Xu tilføjet.