Физици разбиха рекорда за най-тънък магнит в света
Парченце материал, дебело едвам един атом, сложи нов връх.
Ултратънкият обект – магнит, работещ при стайни температури – отваря нови порти при създаването на бъдещи технологии (например устройства за памет). Освен това ще окаже значително въздействие и върху проучванията, свързани с феромагнетизма и квантовата физика.
Новата разработка съставлява голяма стъпка напред във връзка с предходните опити за разработка на 2D магнити, които губят своя магнетизъм и непоклатимост, когато бъдат изложени на ултрастудени условия.
„ Ние сме първите, които създадохме 2D магнит, работещ при стайни температури, който е химически постоянен в изискванията на околната среда “, споделя материалният академик Жие Яо от Калифорнийския университет – Бъркли.
Невероятното достижение е направено с помощта на материал, представляващ композиция от графенов оксид, цинк и кобалт. Графеновият оксид се потапя в ацетатни дихидрати на цинк и кобалт, чиито съотношения са деликатно измерени.
Когато се изпече във вакуум, тази примес постепенно се охлажда и образува слой цинков оксид, цялостен с кобалтови атоми, позиционирани сред пластове графен. След това сместа се изпича отвън вакум, което от своя страна изгаря графена и оставя един-единствен слой затрупан с кобалт цинков оксид.
При идната стъпка екипът употребява сканиращ електронен микроскоп, с цел да се увери, че структурата е дебела един-единствен атом, а с помощта на трансмисионната електрона микроскопия снима кристалната конструкция и комбинация (атом по атом).
Илюстрация на магнитното сдвояване в материала. Източник: Berkeley Lab
Получилото се 2D покритие се оказва с магнетични свойства. Колко високи са те? Това зависи от количеството кобалт, разпръснато из цинковия оксид. Ако то е единствено 5-6%, магнетизмът е относително слаб. Удвои ли се до 12%, материалът става мощно магнитен.
При 15% материалът е толкоз мощно магнитен, че локализираните завъртания в материала стартират да с конкурират едно с друго – това положение, известно като фрустрация. Ето за какво учените считат, че най-хубавото наличие на кобалт е 12%.
Интересното в тази ситуация е, че покритието резервира магнитните си свойства и остава химически устойчиво освен при стайни температури, само че и даже при 100 градуса по Целзий (въпреки че цинковият оксид не е феромагнитен материал).
„ В съпоставяне с предходните 2D магнити нашата двуизмерна магнитна система се характеризира с изразителен механизъм – споделя материалният академик Руи Чен, първи създател на изследването. – И ние считаме, че този неповторим механизъм е вследствие от свободните електрони в цинковия оксид. “
Електроните, с изключение на всичко останало, съставляват извънредно дребни магнити. Всеки електрон има северен и южен магнитен полюс, както и свое лично дребно магнитно поле. В множеството материали магнитните ориентации на електроните се самоизключват, само че във феромагнитните материали електроните се групират дружно на домени, на които демонстрират една и съща магнитна ориентировка. В магнитен материал всички тези домени са насочени в една и съща посока.
Свободните електрони от своя страна не се прикрепват към ядрото на атома. Изследователите имат вяра, че свободните електрони в цинковия оксид евентуално извършват ролята на медиатори, които карат магнитните атоми на кобалта в покритието да се ориентират в една и съща посока (дори и при високи температури).
Изследването е оповестено в Nature Communications.
Източник: Science Alert
