Ученые получили магнит толщиной в один атом
Иллюстрация магнитной связи в слое оксида цинка, легированного кобальтом. Красные, синие и желтые сферы представляют собой атомы кобальта, кислорода и цинка соответственно.
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли смогли создать ультратонкую магнитную пленку, которая сохраняет свои свойства при высокой температуре. Новый материал можно использовать для разработки компактных электронных устройств, таких как устройства спинтронной памяти, а также инструментов для изучения квантовой физики.
Авторы отмечают, что это первый успешный опыт создания химически стабильного двумерного магнита. Предыдущие разработки сохраняли свои магнитные свойства и стабильность только в условиях крайне низких температур.
«Наш магнит первым смог сохранять свойства при комнатной температуре и выше и первым достиг истинного 2D-предела: его толщина не превышает одного атома», — заявляет Цзе Яо, соавтор разработки.
Магнитный компонент современных запоминающих устройств обычно состоит из нескольких магнитных пленок, и на атомном уровне эти материалы все еще трехмерны — толщиной в сотни или тысячи атомов. 2D-магниты позволят хранить данные с гораздо более высокой плотностью, чем трехмерные. Исследователи заявляют, что их разработка также откроет новые возможности для изучения квантовой физики.
«Мы сможем узнать, как квантовая физика управляет каждым отдельным магнитным атомом и взаимодействиями между ними», — комментируют авторы.
Исследователи синтезировали новый магнит из оксида графена, цинка и кобальта, погрузив оксид графена в дигидраты ацетата цинка и кобальта. Смесь запекли в лабораторной печи; в процессе графен выгорел, оставив слой оксида цинка, легированного кобальтом.
Магнитные свойства полученной двумерной пленки определялись количеством кобальта, рассеянного среди оксида цинка. Ученые последовательно увеличивали содержание кобальта с 5 до 15%. В последнем случае магнитные состояния внутри материала начали конкурировать друг с другом. Слабые магнитные свойства проявлялись при концентрации атомов кобальта 5–6%. Оптимальным содержанием кобальта и показателем магнитности была признана цифра в 12%.
Пленка оставалась химически стабильной и не теряла магнитных свойств не только при комнатной температуре, но и при ее повышении — до около 100 градусов по Цельсию. Новый материал можно согнуть практически в любую форму без разрушения. Исследователи рассчитывают, что его можно будет использовать для производства спинтронных устройств, полагающихся на изменение спина электрона, или ориентации его магнитного поля, для кодирования двоичных данных.
