Forskare har för första gången upptäckt två-dimensionell magneter som bildas av ett enda lager av kolatomer och kan bana väg för mer kompakta och effektiva enheter.
Magnetiska material utgör grunden för tekniken att spela en alltmer central roll i våra liv idag, inklusive sensorer och hårddisk för lagring av data.
För mindre och snabbare enheter forskarna söker nya magnetiska material som är mer kompakt, mer effektiv och kan styras med hjälp av noggranna, tillförlitliga metoder.
Ett team lett av University of Washington (UW) och Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA har för första gången upptäckt magnetism i 2D-värld av enskiktslagren, eller material som bildas av en enda atomlager.
Resultaten, som publiceras i tidskriften Nature, visar att de magnetiska egenskaperna kan existera även i 2D-värld – att öppna en värld av möjliga tillämpningar.
“Vad vi har upptäckt här är en isolerad 2D-material med inneboende magnetism, och magnetism i systemet är mycket robust, säger Xiaodong Xu, en professor vid UW.
“Vi ser att den nya informationstekniken kan uppstå baserade på dessa nya 2D-magneter,” sade Xu.
Forskare har tidigare visat att CrI3 – i dess flerskiktade, 3D -, bulk-crystal form – är ferromagnetiska, det är, det har några magnetiska egenskaper.
Men ingen 3D-magnetiska ämnet tidigare hade behållit sina magnetiska egenskaper när tunnas ner till en enda atom-ark. I själva verket, monolager material kan visa unika egenskaper som inte syns i deras mångbottnad, 3D-former.
“Du kan helt enkelt inte exakt förutsäga vad de elektriska, magnetiska, fysiska eller kemiska egenskaper för en 2D-monolager crystal kommer att baseras på beteendet hos dess 3D-bulk motsvarighet”, säger Bevin Huang, doktorand vid UW.
Atomer inom monolager material betraktas som två-dimensionella eftersom elektronerna bara kan resa inom atom-ark, som pjäser på ett schackbräde.
Att upptäcka egenskaper CrI3 i 2D-form, laget helt enkelt använde tejp för att raka ett monolager av CrI3 av de större 3D kristall form.
“Med hjälp av tejp för att exfoliera ett monolager från sin 3D-bulk crystal är en överraskande effektiv,” sade Genevieve Clark, doktorand vid UW.
Forskarna upptäckt magnetiska egenskaper i CrI3 med hjälp av en speciell typ av mikroskopi.
I CrI3 flingor som är två lager tjock, den magnetiska egenskaper försvann, och tillbaka i tre lager CrI3. Forskarna kommer att behöva genomföra ytterligare studier för att förstå varför CrI3 visas dessa anmärkningsvärda lager beroende av magnetiska faser.
“2D enskiktslagren enbart erbjuder spännande möjligheter att studera den drastiska och exakt elektrisk kontroll av magnetiska egenskaper, vilket har varit en utmaning att inse att använda sina 3D-bulk kristaller”, sade Xu.
“Men ett ännu större möjlighet kan uppstå när du stack enskiktslagren med olika fysiska egenskaper tillsammans. Det kan du få ännu mer exotiska fenomen inte ses i monolager ensam eller i 3D-bulk kristall,” Xu läggas till.