Nano-mikroskop giver første direkte observation af de magnetiske egenskaber af 2-D materialer

Australske forskere og deres kolleger fra Rusland og Kina har vist, at det er muligt at studere ultratynde materialers magnetiske egenskaber direkte, via en ny mikroskopiteknik, der åbner døren til opdagelsen af ​​mere todimensionelle (2-D) magnetiske materialer, med alle mulige mulige applikationer.

Udgivet i tidsskriftet Avancerede materialer , resultaterne er væsentlige, fordi de nuværende teknikker, der bruges til at karakterisere normale (tredimensionelle) magneter, ikke virker på 2-D-materialer såsom grafen på grund af deres ekstremt lille størrelse - nogle få atomer tykke.

"Hidtil har der ikke været nogen måde at sige præcist, hvor stærkt magnetisk et 2-D-materiale var, " sagde Dr. Jean-Philippe Tetienne fra University of Melbourne School of Physics og Center for Quantum Computation and Communication Technology.

"Det er, hvis du skulle placere 2D-materialet på dit køleskabs dør som en almindelig køleskabsmagnet, hvor stærkt den sætter sig fast på den. Dette er den vigtigste egenskab ved en magnet."

For at løse problemet, holdet, ledet af professor Lloyd Hollenberg, brugte et widefield nitrogen-ledig mikroskop, et værktøj, de for nylig har udviklet, som har den nødvendige følsomhed og rumlige opløsning til at måle styrken af ​​2-D-materiale.

"I bund og grund Teknikken fungerer ved at bringe små magnetiske sensorer (såkaldte nitrogen-vacancy-centre, som er atomare defekter i et stykke diamant) ekstremt tæt på 2D-materialet for at kunne mærke dets magnetfelt, " forklarede professor Hollenberg.

For at teste teknikken, forskerne valgte at studere vanadiumtriiodid (VI3), da store 3-D bidder af VI3 allerede var kendt for at være stærkt magnetiske.

Ved hjælp af deres specielle mikroskop, de har nu vist, at 2-D-ark af VI3 også er magnetiske, men cirka dobbelt så svage som i 3-D-formen. Med andre ord, det ville være dobbelt så nemt at få dem ud af køleskabets dør.

"Dette var lidt af en overraskelse, og vi forsøger i øjeblikket at forstå, hvorfor magnetiseringen er svagere i 2-D, hvilket vil være vigtigt for ansøgninger, " sagde Dr. Tetienne.

Professor Artem Oganov fra Skolkovo Institut for Videnskab og Teknologi i Moskva (Skoltech) sagde, at resultaterne har potentiale til at udløse ny teknologi.

"For blot et par år siden, videnskabsmænd tvivlede på, at todimensionelle magneter overhovedet er mulige. Med opdagelsen af ​​todimensionel ferromagnetisk VI3, en ny spændende klasse af materialer opstod. Nye materialeklasser betyder altid, at nye teknologier dukker op, både for at studere sådanne materialer og udnytte deres egenskaber."

Det internationale team planlægger nu at bruge deres mikroskop til at studere andre 2-D magnetiske materialer såvel som mere komplekse strukturer, herunder dem, der forventes at spille en nøglerolle i fremtidens energieffektive elektronik.