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科学家创造了世界上最BOIN-009薄的磁铁

纳米技术 2021-09-20 00:02:10

通过掺杂钴锌氧化锌单层中的磁偶联的Lawrence Berkeley国家实验室图示

红色,蓝色和黄色球形代表钴,氧和锌原子分别 学分:Berkeley Lab在室温下运行的超薄磁铁的开发可能导致计算和电子产品的新应用 - 例如高密度,紧凑的闪光存储器件和新工具对量子物理学的研究

最近报道的超薄磁铁在自然通信期刊上,可以在下一步记忆,计算,闪奖和量子物理学中进行大进展

它是由能源部劳伦斯伯克利国家部门的科学家发现的实验室(Berkeley Lab)和UC Berkeley

“我们是第一个在伯克利伯克利教师科学家杰尧说的房间温度二维磁铁LAB的材料科学部门和材料科学教授SCIUC Berkeley的Ence和Engineering

在姚明研究小组和铅作者上的UC Berkeley研究生

“”当今存储器件的磁性分量通常由磁性薄膜制成

,但在原子水平,这些磁性薄膜仍然是三维 - 数百或数千个原子厚

数十年来,研究人员已经搜索了制造更薄和更小的2-D磁体的方法,从而使数据能够以更高的密度存储

前面的2-D磁性材料领域的成果带来了有前途的结果

但是,这些早期的2-D磁体失去了磁力,在室温下在化学上不稳定

“”最先进的2-D磁体需要非常低的温度以便起作用

[但是,出于实际原因,数据中心需要在室温下运行,“姚明说

”理论上,我们知道磁铁越小,盘的电位数据密度越大

我们的2-D磁铁不仅是在室温或更高时运行的第一个,而且它也是达到真正的2-D限制的第一磁体:它与单个原子一样薄!“研究人员说他们的发现会还可以实现新的机会来研究量子物理学

“”我们的原子薄磁铁为探测量子世界提供了最佳平台,“姚明说

”它ope每一个原子都可以透露量子物理物理如何治理每个单个磁性原子和它们之间的相互作用,其中大多数磁性原子在材料内深埋在材料内部,其中大多数磁性原子做得非常具有挑战性

“”制造可以采用加热的2-D磁铁,研究人员合成新的2-D磁铁称为钴掺杂的van der Waals锌氧化物磁铁 - 来自a石墨烯氧化物,锌和钴的溶液

在召集举行的几个小时烘烤NAL Lab oveN将混合物转化为氧化锌的单个原子层,在最终步骤中夹在石墨烯层之间的钴原子的颤动,将石墨烯烧掉,留下后面的单个原子层钴掺杂的氧化锌氧化锌

“随着我们的材料,工业没有主要障碍采用我们的解决方案的方法,”姚

“”“较低的大规模生产可能可扩展成本

“为了确认所得到的2-D电影只是一个厚,姚明和他的团队在伯克利实验室的分子铸造中进行了扫描电子显微镜实验,以识别材料的形态,并透射电子显微镜成像探测器原子的材料原子

用手证明他们的2-D D材料真的只是一个炎性的炎性,研究人员已经持续了多年的研究人员的下一个挑战:展示在室温下成功运行的2-D磁铁

伯克利实验室的X射线实验光源在高温下表征了2-D材料的磁性参数

SLAC国家加速器实验室的额外X射线实验验证了合成的2-D磁体的电子和晶体结构

并且在Argonne National实验室的纳米级材料中心,研究人员使用透射电子显微镜进行了2-D材料的晶体结构和化学成分

作为一个整体,研究团队的实验室eXperiments表明,石墨烯 - 氧化锌体系变得弱磁性,浓度为5-6%的钴原子

将钴原子的浓度增加到约12%的结果,得到一个非常强的磁体

对于研究人员的惊喜,超过15%的钴原子的浓度将2-D磁铁转移到异国情调的量子状态“挫折”,由此2-D系统内的不同磁力状态彼此竞争

与在室温或更高的磁体失去磁力的前一个二进制中,研究人员发现,新的2-D磁铁不仅在室温下工作,而且在100摄氏度(212华氏度)(212华氏度)

“与之前的2-D磁体相比,我们的2-D磁性系统显示了不同的机制,”说陈

“我们认为这种独特的机制是由于氧化锌中的自由电子

”“真正的北方:自由电子在轨道上保持磁性原子,当您命令计算机以保存文件时,该信息存储在计算机的磁存储器中的一系列系列,例如磁性硬盘或闪存

和所有磁体,磁存储器件包含带有两个杆的微观磁体和南方,当这些微型磁体翻转到所需方向时,沿着外部磁场的方向遵循外部磁场的方向

根据陈,氧化锌的游离电子可以写入或编码数据作为一种中间体,可确保新的2-D设备续集中的磁性钴原子ENUE指向相同的方向 - 并因此保持磁性 - 即使主机,在这种情况下,在这种情况下,半导体氧化锌是非磁性材料

“自由电子是电流的成分

它们在相同的方向上移动电力,“姚明补充,比较了自由电子在金属和半导体中的运动到水流中的水分子流动

研究人员表示,新材料 - 这可以是在没有断裂的情况下弯曲成几乎任何形状,并且单张纸的厚度是1百万的厚度 - 可以帮助推进自旋电子设备或闪光灯的应用,这是一种使用电子旋转的方向而不是对数据进行充电的新技术。

“”我们的2-D磁体可以使得Formati在超紧凑的旋转式设备到工程到电子的旋转,“陈说

”“我相信发现这种新的,坚固,真正的二维磁铁在室温下是杰出的真正突破姚和他的学生,伯克利实验室材料科学家教师罗伯特比尔预先科学家(伯克利伯克利)和伯克利伯克利物理学教授表示,他们同事了研究的磁测量

“除了明显的该2-D磁铁对旋转式装置的意义,在原子水平上令人着迷,首次揭示钴磁性原子通过复杂的二维网络在“长”距离“中,他添加了

”我们的结果甚至比我们预期的更好,这真的很令人兴奋

大多数科学的时间,实验可能非常具有挑战性,“他说

”当你终于实现了新的东西时,它总是非常满足

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