Manipulering af ikke-magnetiske atomer i et chromhalogenid muliggør tuning af magnetiske egenskaber

De magnetiske egenskaber af et chromhalogenid kan indstilles ved at manipulere de ikke-magnetiske atomer i materialet, et hold, ledet af Boston College forskere, rapporter i seneste udgave af Videnskabens fremskridt .

Den tilsyneladende kontraintuitive metode er baseret på en mekanisme kendt som en indirekte udvekslingsinteraktion, ifølge Boston College assisterende professor i fysik Fazel Tafti, en hovedforfatter af rapporten.

En indirekte interaktion medieres mellem to magnetiske atomer via et ikke-magnetisk atom kendt som liganden. Tafti Lab-resultaterne viser, at ved at ændre sammensætningen af ​​disse ligandatomer, alle magnetiske egenskaber kan nemt indstilles.

"Vi behandlede et grundlæggende spørgsmål:er det muligt at kontrollere de magnetiske egenskaber af et materiale ved at ændre de ikke-magnetiske elementer?" sagde Tafti. "Denne idé og den metode, vi rapporterer om, er uden fortilfælde. Vores resultater viser en ny tilgang til at skabe syntetiske lagdelte magneter med et hidtil uset niveau af kontrol over deres magnetiske egenskaber."

Magnetiske materialer er rygraden i den mest aktuelle teknologi, såsom den magnetiske hukommelse i vores mobile enheder. Det er almindelig praksis at tune de magnetiske egenskaber ved at modificere de magnetiske atomer i et materiale. For eksempel, et magnetisk element, såsom krom, kan erstattes med en anden, såsom jern.

Holdet undersøgte måder at eksperimentelt kontrollere de magnetiske egenskaber af uorganiske magnetiske materialer, specifikt, chromhalogenider. Disse materialer er lavet af et kromatom og tre halogenidatomer:Klor, Brom, og jod.

Det centrale fund illustrerer en ny metode til at kontrollere de magnetiske interaktioner i lagdelte materialer ved at bruge en speciel interaktion kendt som ligand-spin-orbit-koblingen. Spin-kredsløbskoblingen er en egenskab ved et atom til at omorientere retningen af ​​spins - de bittesmå magneter på elektronerne - med elektronernes orbitale bevægelse omkring atomerne.

Denne interaktion styrer magnetismens retning og størrelse. Forskere har været bekendt med spin-orbit-koblingen af ​​de magnetiske atomer, men de vidste ikke, at spin-kredsløbskoblingen af ​​de ikke-magnetiske atomer også kunne bruges til at omorientere spindene og justere de magnetiske egenskaber, ifølge Tafti.

Holdet var overrasket over, at de kunne generere et helt fasediagram ved at modificere de ikke-magnetiske atomer i en forbindelse, sagde Tafti, som var medforfatter til rapporten sammen med andre BC-fysikere Ying Ran og Kenneth Burch, post-doktorale forskere Joseph Tang og Mykola Abramchuk, kandidatstuderende Faranak Bahrami, og bachelorstuderende Thomas Tartaglia og Meaghan Doyle. Julia Chan og Gregory McCandless fra University of Texas, Dallas, og Jose Lado fra Finlands Aalto-universitet, var også en del af holdet.

"Dette fund fremlægger en ny procedure til at kontrollere magnetisme i lagdelte materialer, åbner en vej til at skabe nye syntetiske magneter med eksotiske egenskaber, " sagde Tafti. "Desuden, vi fandt stærke signaturer på en potentielt eksotisk kvantetilstand forbundet med magnetisk frustration, en uventet opdagelse, der kan føre til en spændende ny forskningsretning."

Tafti sagde, at det næste skridt er at bruge disse materialer i innovative teknologier såsom magneto-optiske enheder eller den nye generation af magnetiske hukommelser.