Создан самый тонкий в мире магнит

11

© Berkeley LabОбразование магнитной связи в монослое оксида цинка, легированного кобальтом. Красные, синие и желтые сферы — атомы кобальта, кислорода и цинка соответственно

Американские ученые разработали двумерный магнит толщиной в один атом. По мнению авторов, такой ультратонкий магнит, работающий при комнатной температуре, может способствовать развитию новых приложений в вычислительной технике и электронике. Описание приведено в журнале Nature Communications.

Магнитные компоненты современных запоминающих устройств обычно состоят из тонких магнитных пленок. Но на атомном уровне эти магнитные пленки остаются трехмерными — толщиной в сотни или тысячи атомов. На протяжении десятилетий ученые искали возможность сделать 2D-магниты, что позволило бы хранить данные с гораздо более высокой плотностью.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США и Калифорнийского университета в Беркли создали первый двумерный магнит, который остается химически стабильным в обычных условиях окружающей среды и при комнатной температуре.

«Существующие двумерные магниты для работы нуждаются в очень низких температурах. Но по практическим соображениям центры обработки данных должны работать при комнатной температуре, — приводятся в пресс-релизе Министерства энергетики США слова руководителя исследования Цзи Яо (Jie Yao), научного сотрудника отделения материаловедения лаборатории Беркли и доцента кафедры материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Беркли. — Теоретически мы знаем, что чем меньше магнит, тем больше потенциальная плотность данных диска. Наш 2D-магнит не только первый, который работает при комнатной температуре или выше, но и первый магнит, который достигает истинного 2D-предела. Он тонкий, как атом!»

Авторы синтезировали новый двумерный магнит из раствора оксида графена, цинка и кобальта. За несколько часов запекания в обычной лабораторной печи исследователи превратили смесь в один атомный слой оксида цинка с небольшим количеством атомов кобальта, зажатых между слоями графена. На последнем этапе запекания графен сгорает, оставляя после себя всего один атомный слой оксида цинка, легированного кобальтом.

Лабораторные эксперименты показали, что система графен — оксид цинка становится слабомагнитной при концентрации атомов кобальта на уровне пяти-шести процентов, а при 12 процентах появляются сильные магнитные свойства.

«Это открытие является захватывающим, потому что оно не только делает возможным двумерный магнетизм при комнатной температуре, но и раскрывает новый механизм реализации двумерных магнитных материалов», — говорит первый автор статьи, аспирант Калифорнийского университета в Беркли Руй Чень (Rui Chen).

Авторы считают, что их открытие может привести к появлению новых приложений в вычислительной технике и электронике, таких как компактные устройства спинтронной памяти высокой плотности, а также новых инструментов для изучения квантовой физики.

«Наш атомарно тонкий магнит предлагает оптимальную платформу для исследования квантового мира, — отмечает Яо. — Он открывает каждый атом для изучения, показывая, как квантовая физика управляет каждым отдельным магнитным атомом и взаимодействиями между ними. С обычным объемным магнитом, где большая часть магнитных атомов похоронена глубоко внутри материала, такие исследования невозможны».

В отличие от предыдущих 2D-магнитов, которые теряют свой магнетизм уже при комнатной температуре, новый 2D-магнит работает при температуре до 100 градусов Цельсия, поэтому, авторы уверены, что не будет проблем с его производством в промышленных масштабах.

Источник: ria.ru

Читайте также