科學(xué)家開發(fā)出世界上最薄的二維磁性材料

發(fā)布:cyqdesign 2021-07-21 12:32 閱讀:716
日前,美國(guó)科學(xué)家開發(fā)了一種世界上最薄的二維磁性材料,這一突破可能為計(jì)算和電子領(lǐng)域帶來令人興奮的新可能性。這種磁鐵只有一個(gè)原子的厚度,與以前開發(fā)的類似材料不同,它能夠在室溫下工作,除其他應(yīng)用外,它可以使數(shù)據(jù)以更高的密度存儲(chǔ)。 )\J+Kiy)  
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識(shí)別具有磁性的二維材料是科學(xué)家以前取得的成就。2017年,他們關(guān)注了對(duì)一種名為三碘化鉻的鐵磁性材料的研究,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種材料可以被削成一個(gè)原子厚的單層,同時(shí)保持其磁性。 5?3Me59  
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美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們一直在努力解決以前開發(fā)的這種二維磁體的一個(gè)缺點(diǎn),即在室溫下的不穩(wěn)定性,導(dǎo)致它們失去磁性。迄今為止,這限制了該技術(shù)的實(shí)用性,但研究人員現(xiàn)在已經(jīng)找到了一條有希望的前進(jìn)道路。 H?&Mbw d  
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“最先進(jìn)的二維磁體需要非常低的溫度才能發(fā)揮作用,”資深作者姚杰(音譯)解釋說!暗捎趯(shí)際原因,數(shù)據(jù)中心需要在室溫下運(yùn)行。我們的二維磁體不僅是第一個(gè)在室溫或更高溫度下運(yùn)行的磁體,而且也是第一個(gè)達(dá)到真正二維極限的磁體:它像一個(gè)單原子一樣!” <~n"m  
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科學(xué)家們從氧化石墨烯、鋅和鈷的混合物開始,在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行烘烤,變成了一層遍布鈷原子的氧化鋅。這層厚度僅為一個(gè)原子,被夾在兩層石墨烯之間,然后將其燒掉,留下一層磁性的二維薄膜。 06c>$1-?  
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通過后續(xù)實(shí)驗(yàn),研究小組發(fā)現(xiàn)可以通過改變材料中鈷的含量來調(diào)整磁性。濃度為5%或6%的鈷原子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)較弱的磁體,而將濃度提高到12%會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非常強(qiáng)的磁體。將濃度提高到15%,就會(huì)出現(xiàn)科學(xué)家們所說的 "frustration "的量子狀態(tài),在這種狀態(tài)下,材料中相互沖突的磁態(tài)會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)。 !`,Sfqij  
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至關(guān)重要的是,研究小組發(fā)現(xiàn),與早期的二維磁體不同,這種材料不僅在室溫下,而且在高達(dá)100℃的溫度下都能保持其磁力特性。 IDB+%xl#S  
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"與以前的二維磁體相比,我們的二維磁體系統(tǒng)顯示出一種獨(dú)特的機(jī)制,"研究作者陳銳(音譯)說。"而且我們認(rèn)為這種獨(dú)特的機(jī)制是由于氧化鋅中的自由電子造成的。" O$&mFL[`  
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該團(tuán)隊(duì)的二維磁體的厚度只有一張紙的百萬分之一,可以彎曲成幾乎任何形狀。該技術(shù)的一個(gè)有前途的應(yīng)用在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。今天使用的存儲(chǔ)設(shè)備依賴于非常薄的磁性薄膜,但仍然是三維的,測(cè)量起來有數(shù)百或數(shù)千個(gè)原子厚。更薄的磁體,特別是只有一個(gè)原子厚的磁體,將使數(shù)據(jù)能夠以更高的密度存儲(chǔ)。 Z\ja  
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這種材料通過允許觀察單個(gè)磁性原子和它們之間的相互作用,還能在量子物理學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的研究模式。另一種可能性涉及自旋電子學(xué)領(lǐng)域,其中電子的自旋而不是其電荷將被用于存儲(chǔ)和操縱數(shù)據(jù),科學(xué)家們想象二維磁體可以構(gòu)成一個(gè)促進(jìn)這些過程的緊湊設(shè)備的一部分。 ^h ~x)@=  
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研究共同作者Robert Birgeneau說:“我相信,在室溫下發(fā)現(xiàn)這種新的、堅(jiān)固的、真正的二維磁體是一個(gè)真正的突破! *KV0%)}sbL  
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這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。 YkniiB[/  
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相關(guān)鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-24247-w
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