Amerikaanse wetenschappers hebben de dunste magneet ter wereld gemaakt met een dikte van slechts één atoom
Een gezamenlijk onderzoeksteam van het Lawrence Berkeley National Laboratory en de University of California in Berkeley heeft een echte doorbraak bereikt en tweedimensionaal magnetisch materiaal verkregen.
Tegelijkertijd is de gecreëerde magneet slechts één atoom dik en kan, in tegenstelling tot vergelijkbare eerder gemaakte materialen, volledig functioneren bij kamertemperatuur. Deze unieke magneet en zijn vooruitzichten komen aan bod.
Een nieuwe magneet en zijn vooruitzichten
Al in 2017 hebben wetenschappers onderzoek gedaan naar een dergelijk ferromagnetisch materiaal als chroomtrijodide, die, zoals later bleek, heel goed mogelijk is om tot een monolaag met een dikte van slechts één atoom te vermalen, met behoud van zijn magnetisme.
Het enige nadeel was dat het resulterende materiaal onstabiel was en bij kamertemperatuur (het materiaal) zijn magnetische eigenschappen verloor. En dit jaar hebben wetenschappers een oplossing voor dit probleem gevonden.
De wetenschappers begonnen met een mengsel van grafeenoxide, zink en kobalt, dat vervolgens werd gebakken en vervolgens werd omgezet in een laag zinkoxide afgewisseld met kobaltatomen.
In dit geval bleek de dikte van het resulterende materiaal gelijk te zijn aan één atoom. Vervolgens werd de resulterende laag ingeklemd tussen twee lagen grafeen, die vervolgens werd uitgebrand, waardoor een magnetische 2D-film achterbleef.
Verdere experimenten met het materiaal toonden aan dat het heel goed mogelijk is om het magnetisme van het materiaal te veranderen door het kobaltgehalte in het materiaal te veranderen. Dus het gehalte aan 5-6% kobaltatomen gaf een nogal zwak magnetisme aan het materiaal. En al een verhoging van de concentratie tot 12% maakte het mogelijk om een voldoende sterk materiaal te verkrijgen.
Een verhoging van de concentratie van kobalt tot 15% heeft al geleid tot een afname van de magnetische eigenschappen omdat het proces van concurrentie van verschillende magnetische toestanden in het materiaal is begonnen.
Bovendien benadrukten de wetenschappers dat de op deze manier verkregen 2D-magneet zelfs bij temperaturen tot 100 graden Celsius zijn eigenschappen behield. En met dit alles bleek het materiaal ook nog eens te buigen en bijna elke vorm te geven.
De auteur van de studie, Rui Chen, associeert dit speciale gedrag van het materiaal voornamelijk met de aanwezigheid van vrije elektronen in zinkoxide.
Waar kun je de resulterende magneet gebruiken?
Allereerst kan zo'n uniek materiaal toepassing vinden in nieuwe generaties opslagapparaten. Dus in moderne geheugenapparaten worden de dunste magnetische films gebruikt, waarvan de dikte honderden of zelfs duizenden atomen is. Het gebruik van magneten van slechts één atoom dik maakt het mogelijk om apparaten te maken met een aanzienlijk hogere dichtheid.
Daarnaast biedt het open materiaal ook extra mogelijkheden voor het bestuderen van de wereld van kwantum natuurkunde, waardoor het mogelijk is om individuele magnetische atomen te observeren, evenals te observeren hoe ze interageren.
Het nieuwe materiaal kan dus nuttig zijn op het gebied van spintronica, waar de spin van elektronen (en niet hun lading) zal worden gebruikt voor het opslaan en verwerken van gegevens. Bovendien suggereren wetenschappers dat een 2D-magneet onderdeel kan blijken te zijn van een compact apparaat dat deze processen enorm vergemakkelijkt.
Wetenschappers hebben de resultaten van het werk gedeeld op de pagina's van het tijdschrift Nature Communications.
Vond je het materiaal leuk? Beoordeel het dan en dank u voor uw aandacht!