Magneettisuutta kaksiulotteisissa

Lawrence Berkeley National Laboratoryn (Berkeley Lab) johtamat tutkijat ovat löytäneet odottamattomia magneettisia omaisuuksia kaksiulotteisesta materiaalista.

Tutkimus käsitteli pitkäaikaista ongelmaa kvanttifysiikassa eli sitä josko magnetismi olisi olemassa kun materiaalit kutistuvat kahteen ulottuvuuteen.

Havaittiin, että kaksiulotteinen van der Waalsin kide on luontaisesti ferromagneettista. Löydöllä voi olla merkittäviä vaikutuksia ferromagneettisien materiaalin sovelluksissa, kuten nanomittakaavan muistit, spintroniset piirit ja magneettiset anturit.

Tutkijat huomasivat, että magneettinen anisotropia on luontainen ominaisuus heidän tutkimassa 2D kromi germanium telluridi (Cr2Ge2Te6 tai CGT) yhdisteessä ja tämän ominaisuuden vuoksi he pystyivät havaitsemaan luontaisen ferromagnetismin.

CGT on myös puolijohde ja sen magneettinen anisotropia oli hyvin pieni. Tämä mahdollistaa helposti ohjata lämpötilaa, jossa materiaali menettää ferromagneettisuutensa, ilmiö joka tunnetaan siirtymänä tai Curie-lämpötilana.

Yleensä Curie-pistettä pidetään magneettisen materiaalin luontaisena ominaisuutena, eikä sitä voi muuttaa. Tutkijat osoittivat, että he saattoivat hallita CGT-hiutaleen siirtymälämpötilaa yllättävän pienillä magneettikentillä.

”Ohuet metallit, toisin kuin 2D van der Waalsin -aineet, ovat rakenteellisesti epätäydellisiä ja alttiita erilaisille häiriöille, jotka edistävät suurta ja arvaamatonta anisotropiaa”.

”Sen sijaan erittäin kiteinen ja tasaisesti litteä 2D-CGT, yhdessä sen pienen luontainen anisotropian kanssa, mahdollistaa pienten ulkoisien magneettikenttien tehokkaasti muokata anisotropiaa, mikä mahdollistaa ennennäkemättömän magneettikentän hallinnan ferromagneettisissa transitiolämpötiloissa,” toteavat tutkijat Berkeley Labin tiedotteessa.

Tutkijat myös huomauttivat, että silmiinpistävä piirre van der Waalsin kiteissä on, että ne voidaan helposti yhdistää erilaisiin materiaaleihin ilman rakenteellista tai kemiallista yhteensopivuutta. Tämä tarjoaa valtavan määrän joustavuutta suunnitella keinotekoisia rakenteita monipuolisille magnetosähköisille ja magneto-optisille sovelluksille.