Blandet halogenidkemi kan bruges til at kontrollere magnetisme i ultratynde magnetiske enheder

Fysikere, kemikere, og materialeforskere har undersøgt naturen af ​​lagdelte magnetiske materialer i flere årtier, søger efter spor til disse materialers egenskaber, der er mere komplekse, end de ser ud til.

Lagdelt materiale ligner strukturen af ​​en bog. På afstand, det ligner et solidt tredimensionelt objekt, men når det undersøges nærmere, det er lavet af stablen af ​​mange flade, todimensionelle ark, der ligner siderne i en bog.

I løbet af det seneste årti, videnskabsmænd har forfulgt "eksfoliering" af lagdelte magnetiske materialer, en proces, hvorved et materiale systematisk spaltes, indtil et enkelt atomark er isoleret.

Et enkelt atomark af et magnetisk lagdelt materiale gør det muligt for forskere at fremstille atomisk flad, ultratynde magnetiske enheder. Som et eksempel, videnskabsmænd har konstrueret ultratynde "magnetiske hukommelser - enkelt atomark, hvor information er lagret i retningsorienteringen af ​​atomernes magnetisering.

Magnetiseringen af ​​et lagdelt materiale er typisk orienteret enten parallelt eller vinkelret på atomplanet. Med andre ord, magnetisering har en tendens til at pege enten "i planet" eller "uden af ​​planet" - hvilket indikerer, hvad der er kendt som en magnetisk anisotropi.

Indtil nu, videnskabsmænd var kun opmærksomme på grænserne for magnetisk anisotropi i planet eller uden for planet. Med andre ord, evnen til at kontrollere orienteringen af ​​magnetismen blev defineret af kun de to parametre for anisotropi.

I en ny rapport i Avancerede materialer , forskere fra Boston College demonstrerer, at magnetisk anisotropi kontinuerligt kan indstilles mellem de to grænser for in-plane og out-of-plane. Holdet rapporterer, at det opnåede dette fremskridt i arenaen af ​​ultratynde magnetiske enheder ved at pege magnetiseringen mod enhver retning af rummet i stedet for kun i-planet eller ud-af-planet.

"Ud over magnetiseringsretningen, vores team viste, at alle egenskaber ved dette lagdelte materiale inklusive lysabsorption, afstand mellem lagene, og temperatur af magnetisk overgang kan kontrolleres kontinuerligt til enhver ønsket værdi, " sagde Boston College assisterende professor i fysik Fazel Tafti, hovedforfatter af papiret. "Dette er et fremskridt i tuning af materialers egenskaber til optisk og magnetisk enhedsindustri."

For at lave materialet, et hold ledet af Tafti og Boston College Associate Professor of Physics Kenneth Burch udviklede en "mixed-halide chemistry"-tilgang, hvor forskere kombinerede forskellige halogenidatomer, såsom klor eller brom, omkring et overgangsmetal såsom chrom.

Ved at justere den relative sammensætning af klor til brom, forskerne var i stand til at justere en intern parameter på atomniveau kendt som spin-orbit-koblingen, som er kilden til magnetisk anisotropi, sagde Tafti.

Tuning-metodologien giver mulighed for konstruktion af mængden af ​​spin-orbit-kobling og orienteringen af ​​magnetisk anisotropi på atomniveau, holdet rapporterede.

Tafti sagde, at fremme af disse typer materialer vil danne grundlaget for næste generation af ultratynde magnetiske enheder. I fremtiden, disse enheder kan en dag erstatte de transistorer og elektriske chips, der bruges i dag. På grund af deres atomare skala, Tafti sagde, yderligere fremskridt vil sandsynligvis krympe størrelsen af ​​magnetiske enheder, da egenskaberne tillader magnetisk information at blive sammensat på disse atomært flade ark.

"Herfra, vi vil fortsætte med at skubbe grænserne for magnetiske lagdelte materialer ved at fremstille blandede halogenider af andre overgangsmetaller end chrom, " sagde Tafti. "Vores team demonstrerede, at den blandede halogenidkemi ikke er begrænset til chrom og kan generaliseres til over 20 andre overgangsmetaller. Medlederen af ​​projektet, Kenneth Burch, forsøger kunstigt at forbinde forskellige magnetiske lag, så egenskaberne af et lag ville påvirke det tilstødende lag. Sådanne metamaterialer kan ændre udbredelsen af ​​lys i et lag baseret på magnetismens retning i nabolaget og omvendt - en egenskab kendt som den magneto-optiske effekt."