FoodPro Preloader

Fysikere Lag en 2-D magnet


Getty Images Antallet 2D-materialer har eksplodert siden funnelsen av graphene i 2004. Men denne menageriet av enkeltatomstykkede halvledere, isolatorer og superledere har manglet en medlemmagneter. Faktisk var fysikere ikke engang sikre på at 2D magneter var mulige, til nå. Forskere rapporterer den første virkelig 2D-magneten, laget av en forbindelse kalt kromstriiodid, i et papir publisert 7. j

Getty Images

Antallet 2D-materialer har eksplodert siden funnelsen av graphene i 2004. Men denne menageriet av enkeltatomstykkede halvledere, isolatorer og superledere har manglet en medlemmagneter. Faktisk var fysikere ikke engang sikre på at 2D magneter var mulige, til nå.

Forskere rapporterer den første virkelig 2D-magneten, laget av en forbindelse kalt kromstriiodid, i et papir publisert 7. juni i naturen . Oppdagelsen kan etter hvert føre til nye datalagringsenheter og design for kvante datamaskiner. For nå vil 2D magneter muliggjøre fysikere å utføre tidligere umulige eksperimenter og teste grunnleggende teorier om magnetisme.

Pablo Jarillo-Herrero, en kondensert materiefysiker ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, og Xiaodong Xu, en optoelektronikforsker ved University of Washington i Seattle, søkte etter en 2D-magnet separat før de møtte i 2016. De bestemte seg for å kombinere tvinger til å undersøke. "Det er et spørsmål om prinsippet - det er en stor ting som mangler, " sier Jarillo-Herrero.

Magnetic personlighet

Xu og Jarillo-Herrero jobbet med kromstriiodid fordi det er en krystall som består av stablede ark som kan skilles ved hjelp av "Scotch tape-metoden": en måte å lage 2D-materialer ved å bruke klebebånd til å avkjøle stadig tynnere lag. Forskerne ble også tiltrukket av forbindelsen på grunn av dens magnetiske egenskaper.

Kromtriiodid er, som kjøleskapmagneter, en ferromagnet, et materiale som genererer et permanent magnetfelt på grunn av de justerte spinnene av dets elektroner. Kromtriiodid er også anisotropisk, noe som betyr at dets elektroner har en foretrukket spinnretning - i dette tilfellet vinkelrett på krystallplanet. Disse grunnleggende egenskapene gjorde at Xu og Jarillo-Herrero mistenkte at kromstriiodid ville beholde sine magnetiske egenskaper når de ble avskåret til et enkelt lag av atomer. Det er noe annet 2D-materiale ikke kan gjøre.

Jarillo-Herreros gruppe vokste krom-triiodidkrystaller og flakket av enkelt- og flerlagsark, mens Xu's lab studerte prøvene ved hjelp av et sensitivt magnetometer.

Teamet fant at det ikke bare var et enkelt atomskikt av kromstriiodidmagnet, men også at denne egenskapen dukket opp på det som anses som en relativt varm temperatur: ca. -228 ° C. De oppdaget også at et tolagsark av dette materialet ikke er magnetisk, men når en tredjedel legges til, blir stoffet en ferromagnet igjen. Materialet forblir magnetisk dersom et fjerde lag legges til, men får andre egenskaper forskerne sier at de fortsatt undersøker.

Metode i magneter

Jarillo-Herrero og Xu er ikke de eneste som studerer 2D-magneter. I slutten av april publiserte en annen gruppe forskere sine observasjoner av magnetisme i en ultratynk krystall laget av krom, germanium og tellur. En ekte 2D-magnet ville beholde sin magnetisme ved enkeltatomslaget, men denne ultratynne krystall var bare magnetisk ved flere lag.

Begge resultatene er signifikante, men sier Nitin Samarth, en kondensert materiefysiker ved Pennsylvania State University i University Park, som ikke var involvert i arbeidet. Samarth skrev en kommentar som følger med de siste studiene. Før disse funnene, "vi aldri hatt en generisk metode for å skape virkelig 2D magnetiske materialer, " sier han. Forskere har forsøkt å lage og studere ultratynne magneter siden 1970-tallet, men alle de resulterende materialene inneholdt hull og støt, og var egentlig ikke 2D.

Fysikere vil gjerne finne en 2D-magnet som fungerer ved romtemperatur, og det behøver ikke å være beskyttet mot oksygen, slik at det til slutt kan brukes i forbrukerelektronikk. For nå er Jarillo-Herrero og Xu på jakt etter andre 2D-magneter i krom-triiodidens kjemiske familie, og videre å utforske den de har opprettet.

Jarillo-Herrero ønsker å lagre 2D-magnet med en 2D-superleder og se hva som skjer. I en magnet er elektronens spinn alle justert; i en halvleder er de arrangert i motsatte par. "Overstyrer superlederen ferromagneten, eller ødelegger ferromagneten superlederen?" Undrer han. "Det var bare ikke mulig å gjøre dette eksperimentet før."

Det er for tidlig å fortelle om det er noe fundamentalt nytt her når det gjelder fysikk, sier Samarth. Men nå som fysikere kan eksperimentere med 2D magneter, er de glade for å prøve å finne ut.

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse og ble først publisert 7. juni 2017.

12 Must-See Skywatching-arrangementer i 2012Jordens CO2 kunne spike til et nivå ikke sett siden dinosaureneHorror of Horror: Lusitania Sunk;  Giftgass på slagmarkenEPA beveger seg til å kutte metanlekkasje fra olje og gassSolsystemets måler kan ha oppstått av langvarige planetariske ringerSjeldne FlareBali Volcano: Indonesia Bestiller Umiddelbar Evakuering som Høyest Alert UtgittZoo Illogisk: Ugly Animals trenger beskyttelse mot utryddelse, også