Forskere skaber atomtykke legeringer med uforudsete magnetiske egenskaber

Udskiftning af atomer i processen med at fremstille todimensionelle legeringer gør det ikke kun muligt at tilpasse dem til applikationer, men kan også gøre dem magnetiske, ifølge Rice University-videnskabsmænd og deres samarbejdspartnere.

En ny artikel i Advanced Materials skitserer, hvordan forskere ved Rice, Oak Ridge National Laboratory, University of Southern California (USC) og Kumamoto University i Japan brugte kemisk dampaflejring (CVD) til at lave atomtykke plader og, i samme trin, skræddersy deres egenskaber ved at tilføje andre elementer gennem en proces kendt som doping.

De opdagede med overraskelse, at de også kunne give 2-D arkene magnetiske egenskaber.

Laboratorierne arbejdede med overgangsmetal dichalcogenider, legeringer, der kombinerer et overgangsmetal og chalcogenatomer til et enkelt materiale. Overgangsmetaller er stabile grundstoffer, der falder i midten af ​​det periodiske system. Chalkogener omfatter svovl, selen og tellur, også naboer til hinanden i tabellen.

Ved at tilføje et dopingstof til blandingen under CVD, forskerne viste, at det var muligt at omarrangere atomerne på de resulterende 2-D krystalplader. De demonstrerede flere forskellige konfigurationer og fandt ud af, at de kunne erstatte nogle atomer direkte med dopingmidlet. Disse fysiske ændringer førte til ændringer i de flade krystallers mekaniske og elektroniske egenskaber, sagde medforfatter og Rice postdoc-forsker Chandra Sekhar Tiwary.

Rice-laboratoriet i Pulickel Ajayan førte projektet til at teste teorier af USC-forskere, der beregnede, at doping af materialerne ville fremtvinge en faseovergang i 2-D-krystallerne. Rice-holdet bekræftede teorien om, at tilsætning af rhenium i forskellige mængder til molybdændiselenid under vækst ville give dem mulighed for at skræddersy dets egenskaber ved at ændre dets atomare struktur. De magnetiske signaturer var en bonus.

"Som regel, når du laver et magnetisk materiale, du starter med magnetiske elementer som jern eller kobolt, " sagde kandidatstuderende og medforfatter Amey Apte. "Rhenium, i bulk, er ikke et magnetisk materiale, men det viser sig, at det er i visse kombinationer på atomskalaen. Det fungerede fantastisk i denne sag."

Forskerne sagde, at de magnetiske egenskaber, de opdagede, kunne gøre 2-D-legeringerne af interesse for dem, der designer spintroniske enheder.