Дебелината му е само един атом
Едноатомният тънък 2D магнит, разработен от Berkeley Lab и UC Berkeley, може да развие нови приложения в компютърната техника и електрониката. Разработването на ултратънък магнит, който работи при стайна температура, може да доведе до нови приложения в изчислителната техника. Такива могат да бъдат компактни спинтронични устройства с памет с висока плътност или нови инструменти за изучаване на квантовата физика.
Свръхтънкият магнит може да направи голям напредък в устройства с памет от следващо поколение, изчислителната техника, спинтрониката и квантовата физика. Това е първият 2D магнит със стайна температура, който е химически стабилен при условията на околната среда.
Откритието е вълнуващо, защото не само прави 2D магнетизма възможен при стайна температура, но и разкрива нов механизъм за реализиране на 2D магнитните материали.
С какво разполагаме
Магнитният компонент на съвременните устройства с памет обикновено е направен от тънки магнитни филми. Но на атомно ниво тези материали все още са триизмерни. Те имат дебелина стотици или хиляди атоми. В продължение на десетилетия изследователите търсят начини да направят по-тънки и по-малки 2D магнити и по този начин да дадат възможност за съхранение на данни при много по-голяма плътност.
Предишните постижения в областта на 2D магнитните материали донесоха обещаващи резултати. Но те губят своя магнетизъм и стават химически нестабилни при стайна температура.
Съвременните 2D магнити се нуждаят от много ниски температури, за да функционират. Но по практически причини центърът за данни трябва да работи при стайна температура. Новият 2D магнит е не само първият, който работи при такава или по-висока, но е и първият достигнал истинската 2D граница. Той има дебелината на единичен атом.
Откритието ще даде нови възможности за изучаване на квантовата физика. То може да разкрие, как квантовата физика управлява всеки отделен магнитен атом и взаимодействията между тях.
2D магнит, който поема топлината
Новосинтезираният 2D магнит е наречен кобалтово-цинков оксиден магнит. Съдържа разтвор на графенов оксид, цинк и кобалт. Само няколко часа печене в конвенционална лабораторна фурна трансформира сместа в един атомен слой от цинков оксид с малко кобалтови атоми, притиснати между слоеве графен. В последната стъпка графенът се изгаря, оставяйки след себе си само един атомен слой от цинков оксид, легиран с кобалт.
2D магнитна връзка
За да потвърди, че полученият 2D филм е с дебелина само един атом, екипът провежда експерименти за сканираща електронна микроскопия в молекулярна леярна. Така се идентифицира морфологията на материала и изобразява трансмисионната електронна микроскопия (TEM). Това позволява изследвания атом по атом.
Допълнителни рентгенови експерименти локализираха източник на синхротронно излъчване на електронните и кристални структури в синтезираните 2D магнити. Изследователите установяват, че системата графен-цинк-оксид остава слабо магнитна с 5-6% концентрация на кобалтови атоми. Увеличаването на концентрацията на кобалтовите атоми до около 12% води до много силен магнит.
За тяхна изненада, концентрация на кобалтови атоми, надвишаваща 15%, премества 2D магнита в квантово състояние на фрустрация. При него различните магнитни състояния в 2D системата се конкурират помежду си. За разлика от предишните 2D магнити, които губят магнетизма си при стайна или по-висока температура, изследователите откриха, че новият 2D магнит работи при цели 100 градуса по Целзий.
Новата 2D магнитна система показва различен механизъм в сравнение с предишните 2D магнити. Той е уникален и се дължи на свободните електрони в цинковия оксид. Тези електрони поддържат магнитните атоми.
Принцип на работа
Когато заповядате на компютъра си да запише файл, тази информация се съхранява като поредица от единици и нули в магнитната памет на компютъра. Както всички магнити, устройствата с магнитна памет съдържат микроскопични магнити с два полюса – север и юг. Техните ориентации следват посоката на външно магнитно поле. Данните се записват или кодират, когато тези малки магнити се обърнат в желаните посоки.
Свободните електрони на цинковия оксид биха могли да действат като посредник, който гарантира, че магнитните кобалтови атоми в новото 2D устройство продължават да сочат в същата посока. По този начин остават магнитни дори когато приемникът, в този случай полупроводниковият цинков оксид е немагнитен материал.
Свободните електрони са съставки на електрическите токове. Те се движат в една и съща посока, за да провеждат електричество. Новият материал, който може да бъде огънат в почти всяка форма, без да се счупи е милион пъти по-тънък от лист хартия. Той би могъл да помогне за по-нататъшното прилагане на спинова електроника или спинтроника.
