Sjældent jernoxid kan kombineres med 2-D materialer til elektronisk, spintronic -enheder

Forskere fra Rice University har forenklet syntesen af ​​en unik, næsten todimensionel form af jernoxid med stærke magnetiske egenskaber, der er let at stable oven på andre 2-D materialer.

Materialet, epsilon jern (III) oxid, viser løfte som en byggesten for eksotiske nanoskala strukturer, der kan være nyttige til spintroniske enheder, elektroniske eller lagringsapplikationer, der drager fordel af ikke kun ladningen af ​​elektroner, men også deres spin -tilstande.

Forskere ved Rice's Brown School of Engineering og Wiess School of Natural Sciences rapporterede i American Chemical Society journal Nano bogstaver at de havde produceret oxidflager gennem simpel kemisk dampaflejring. Flagerne kan let overføres fra deres vækstsubstrater og bevarer deres magnetiske egenskaber på lang sigt ved stuetemperatur.

"Jernoxid er ikke noget nyt, "sagde rismaterialeforsker og medforstander Jun Lou." Men denne epsilon-fase er meget sjælden. Ved epitaksial vækst (hvor krystallen flugter med overfladens atomstruktur), bindingen er stærk, og krystaller er svære at overføre. Men et af funktionerne i denne krystalstruktur er, at den har en relativt svag interaktion med substratet. Du kan tage det op og sætte det på forskellige ting. "

"Et ultratyndt magnetisk materiale som dette, som bevarer sine magnetiske egenskaber op til stuetemperatur og kan integreres med andre materialer ved at stable, er meget spændende, "sagde risfysiker Doug Natelson, en medforstander med Lou og Scott Crooker fra Los Alamos National Laboratory. "Det vil være en god testplads for at se, hvordan magnetiske egenskaber virker på tværs af grænseflader, et vigtigt aspekt, der er relevant for fremtidige informationsteknologier. "

Lou sagde, at materialet teknisk set ikke er 2-D, på grund af den prismeagtige orthorhombiske atomstruktur, der giver gitteret dets usædvanlige egenskaber. "Men grundlæggende, den har alle funktionerne i en 2-D magnet, " han sagde.

Han sagde, at andre 2-D magnetiske materialer opdaget til dette punkt har to negative egenskaber:Deres Curie-temperatur er langt under stuetemperatur, hvilket betyder, at materialerne skal afkøles for at bevare deres magnetiske effekter, eller materialerne er ikke strukturelt stabile og nedbrydes hurtigt under omgivelsesbetingelser.

"Vores materiale har ingen af ​​disse problemer, "Sagde Lou." Det er luftstabilt, og Curie-temperaturen er lidt over stuetemperatur. Hvis vi tester det materiale, vi voksede for et år siden nu, det viser stadig den samme adfærd. "

Hvis materialet var så tykt som en køleskabsmagnet, det ville også holde fast. "Den magnetiske effekt er meget stærk, omkring 300 milliTeslas, "Sagde Lou." Men dette materiale kan ikke eksistere i bulk. Det vil fase ud af epsilon til en anden form for oxid. "

Forskerne voksede de glatte flager, så tynd som 5,1 nanometer, på siliciumdioxid og glimmerunderlag. De testede med succes dens evne til at binde sig via den svage van der Waals -kraft med grafen. Flagernes magnetiske egenskaber, målt ved Los Alamos, viste sig at være stabile ved stuetemperatur med et magnetfelt mellem 200 og 400 milliTeslas.

Forskningen er resultatet af et tværfagligt forslag til Rice IDEA fra Lou, Natelson og Rice-kemiker Gustavo Scuseria for at undersøge de magnetiske egenskaber af 2-D-materialer. De planlægger at kombinere oxidet med flere 2-D-materialer for at se, hvordan dets magnetfelt påvirker heterostrukturs egenskaber. "Denne grænsefladekoblingsproces bliver meget interessant for os, "Sagde Lou.

Risalumn Jiangtan Yuan, nu postdoktor ved Northwestern University, og Andrew Balk fra National High Magnetic Field Laboratory i Los Alamos, Ny mexico, er medlederforfattere af undersøgelsen. Medforfattere er assisterende forskningsprofessor Hua Guo, kandidatstuderende Qiyi Fang og Xuanhan Zhao, bachelor Sahil Patel og forskningsspecialist Tanguy Terlier fra Shared Equipment Authority at Rice. Crooker er teknisk medarbejder ved National High Magnetic Field Laboratory. Natelson er professor i fysik og astronomi, af el- og computerteknik og af materialevidenskab og nanoengineering. Lou er professor i materialevidenskab og nanoengineering og kemi.