Товщина атома. Учені створили найтонший магніт у світі

Ультратонка пластина — це магніт, який працює за кімнатної температури, відкриваючи можливості для розвитку технологій, зокрема пристроїв пам'яті, а також для досліджень феромагнетизму та квантової фізики. Це величезний крок вперед, порівняно з попередніми спробами створити двовимірний магніт, який утратив свій магнетизм і стабільність при переміщенні з ультрахолодних умов, повідомляє Sciencealert

"Ми першими створили 2D-магніт, який працює за кімнатної температури, який є хімічно стабільним в умовах навколишнього середовища", — говорить матеріалознавець Цзе Яо з Каліфорнійського університету в Берклі.

"Сучасні 2D-магніти для роботи потребують дуже низьких температур. Але з практичної точки зору центр обробки даних повинен працювати за кімнатної температурі. Наш 2D-магніт — не тільки перший, який працює за кімнатної температури або вище, але й також є першим магнітом, який досяг справжньої 2D-межі: він такий же тонкий, як один атом!"

Таких результатів учені досягли з використанням матеріалу, який називається ван-дер-ваальсовим оксидом цинку, легованого кобальтом. Він створений із оксиду графену, цинку та кобальту. Оксид графену занурений в дигідрат ацетату цинку і кобальту, співвідношення яких ретельно вимірюється.

При запіканні в вакуумі ця суміш повільно застигає, утворюючи єдиний шар оксиду цинку з вкрапленнями атомів кобальту, оксид цинку розташований між шарами графену. На етапі запікання на повітрі графен вигорає, залишаючи єдиний шар оксиду цинку, легованого кобальтом.

Потім вчені використовували сканувальну електронну мікроскопію, щоб підтвердити одноатомну товщину структури, і передавальну електронну мікроскопію, щоб зобразити кристалічну структуру та склад, атом за атомом.

Отримана двовимірна плівка виявилася магнітною, але наскільки вона магнітна, залежить від кількості кобальту, розсіяного серед оксиду цинку. При 5 — 6 відсотках магнетизм був досить слабким. Коли кількість збільшили до 12 відсотків, матеріал став сильно магнітним.

Цікаво, що плівка залишалася магнітною та хімічно стабільною не тільки за кімнатної температури, але й за температури близько 100 градусів за Цельсієм, хоча оксид цинку не є феромагнітним матеріалом.

"Наша двовимірна магнітна система демонструє особливий механізм у порівнянні з попередніми двовимірними магнітами, — говорить матеріалознавець Руї Чен із Каліфорнійського університету в Берклі. — І ми думаємо, що цей унікальний механізм пов'язаний із наявністю вільних електронів в оксиді цинку".

Електрони — це, крім іншого, дуже маленькі магніти. У кожного електрона є північний і південний магнітні полюси і власне крихітне магнітне поле. У більшості матеріалів магнітні орієнтації електронів компенсують один одного, але у феромагнітних матеріалах електрони групуються разом у доменах, де всі вони мають однакову магнітну орієнтацію. У магнітному матеріалі всі домени орієнтовані в одному напрямку.

Вільні електрони — це електрони, які не прикріплені до ядра атома. Дослідники вважають, що вільні електрони в оксиді цинку можуть діяти як посередники, які утримують магнітні атоми кобальту в плівці в одному напрямку навіть за високих температур.

Ці результати, безумовно, вимагають подальшого дослідження, тим більше, що вони можуть відкрити багато нових можливостей для розвитку технологій, говорять вчені.