Los materiales magnéticos forman la base de tecnologías que desempeñan papeles cada vez más importantes en nuestras vidas hoy en día, incluida la detección y el almacenamiento de datos en el disco duro. Pero a medida que nuestros sueños innovadores evocan deseos para dispositivos cada vez más pequeños y más rápidos, los investigadores buscan nuevos materiales magnéticos queson más compactos, más eficientes y se pueden controlar utilizando métodos precisos y confiables.
Un equipo dirigido por la Universidad de Washington y el Instituto de Tecnología de Massachusetts descubrió por primera vez el magnetismo en el mundo bidimensional de monocapas o materiales formados por una sola capa atómica. Los hallazgos, publicados el 8 de junio enel periódico Naturaleza , demuestre que las propiedades magnéticas pueden existir incluso en el ámbito 2D, abriendo un mundo de aplicaciones potenciales.
"Lo que hemos descubierto aquí es un material bidimensional aislado con magnetismo intrínseco, y el magnetismo en el sistema es muy robusto", dijo Xiaodong Xu, profesor de física y ciencia e ingeniería de materiales de la UW, y miembro delInstituto de Energía Limpia de UW: "Visualizamos que pueden surgir nuevas tecnologías de la información basadas en estos nuevos imanes bidimensionales".
Xu y el profesor de física del MIT Pablo Jarillo-Herrero dirigieron el equipo internacional de científicos que probaron que el material - triyoduro de cromo, o CrI3 - tiene propiedades magnéticas en su forma monocapa.
Otros grupos, incluido el coautor Michael McGuire en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, habían demostrado previamente que CrI3, en su forma de cristal a granel multidimensional en 3 capas, es ferromagnético. En los materiales ferromagnéticos, las "vueltas" deLos electrones constituyentes, análogos a pequeños imanes subatómicos, se alinean en la misma dirección incluso sin un campo magnético externo.
Pero ninguna sustancia magnética tridimensional había retenido previamente sus propiedades magnéticas cuando se redujo a una sola hoja atómica. De hecho, los materiales monocapa pueden demostrar propiedades únicas que no se ven en sus formas tridimensionales de varias capas.
"Simplemente no se puede predecir con precisión cuáles serán las propiedades eléctricas, magnéticas, físicas o químicas de un cristal monocapa en 2-D en función del comportamiento de su contraparte en masa en 3-D", dijo el co-autor principal y estudiante de doctorado de la Universidad de Washington, BevinHuang.
Los átomos dentro de los materiales monocapa se consideran bidimensionales "funcionalmente" porque los electrones solo pueden viajar dentro de la lámina atómica, como piezas en un tablero de ajedrez.
Para descubrir las propiedades de CrI3 en su forma 2-D, el equipo usó cinta Scotch para afeitar una monocapa de CrI3 de la forma cristalina más grande en 3-D.
"Usar cinta adhesiva escocesa para exfoliar una monocapa de su cristal a granel 3-D es sorprendentemente efectivo", dijo la coautora principal y estudiante de doctorado de la Universidad de Washington, Genevieve Clark. "Esta técnica simple y de bajo costo se utilizó por primera vez para obtener grafeno, elForma de grafito en 2-D, y se ha utilizado con éxito desde entonces con otros materiales ".
En los materiales ferromagnéticos, los espines alineados de los electrones dejan una firma reveladora cuando un haz de luz polarizada se refleja en la superficie del material. Los investigadores detectaron esta firma en CrI3 usando un tipo especial de microscopía. Es el primer signo definitivo de intrínsecoferromagnetismo en una monocapa aislada.
Sorprendentemente, en las escamas de CrI3 que tienen dos capas de grosor, la firma óptica desapareció. Esto indica que los espines de electrones están opuestamente alineados entre sí, un término conocido como ordenamiento anti-ferromagnético.
El ferromagnetismo regresó en CrI3 de tres capas. Los científicos necesitarán realizar más estudios para comprender por qué CrI3 mostró estas notables fases magnéticas dependientes de la capa. Pero para Xu, estas son solo algunas de las propiedades verdaderamente únicas reveladas al combinar monocapas.
"Las monocapas 2-D por sí solas ofrecen oportunidades emocionantes para estudiar el control eléctrico drástico y preciso de las propiedades magnéticas, lo que ha sido un desafío para realizar usando sus cristales en masa 3-D", dijo Xu. "Pero puede surgir una oportunidad aún mayorcuando apilas monocapas con diferentes propiedades físicas juntas. Allí, puedes obtener fenómenos aún más exóticos que no se ven solo en la monocapa o en el cristal a granel en 3D ".
Gran parte de la investigación de Xu se centra en la creación de heteroestructuras, que son pilas de dos materiales ultrafinos diferentes. En la interfaz entre los dos materiales, su equipo busca nuevos fenómenos físicos o nuevas funciones para permitir aplicaciones potenciales en las tecnologías de la informática y la información.
En un avance relacionado, el grupo de investigación de Xu, el profesor de ingeniería eléctrica y física de UW Kai-Mei Fu dirigió un equipo de colegas que publicó un artículo el 31 de mayo Avances científicos que muestra que una forma ultrafina de CrI3, cuando se apila con una monocapa de diselenuro de tungsteno, crea una interfaz de "heteroestructura" ultralimpia con propiedades fotónicas y magnéticas únicas e inesperadas.
"Las heteroestructuras tienen la mayor promesa de realizar nuevas aplicaciones en informática, almacenamiento de bases de datos, comunicaciones y otras aplicaciones que aún no podemos comprender", dijo Xu.
A Xu y su equipo les gustaría investigar las propiedades magnéticas exclusivas de los imanes 2D y las heteroestructuras que contienen una monocapa o bicapa CrI3.
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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