Los físicos acaban de batir el récord del imán más fino del mundo, y es un fugitivo

Un trozo de material de un átomo de espesor rompe récords.

La oblea ultrafina es un imán que funciona a temperatura ambiente, lo que abre vías para el desarrollo de tecnología, especialmente dispositivos de memoria, y para la investigación en ferromagnetismo y física cuántica.

Es un gran paso en comparación con los intentos anteriores de hacer imanes 2D, que perdieron su magnetismo y estabilidad cuando se retiraron de condiciones extremadamente frías.

«Somos los primeros en fabricar imanes 2D a temperatura ambiente que son químicamente estables en condiciones ambientales». El científico material Ji Yao dijo de la Universidad de California, Berkeley.

«Los imanes 2D avanzados necesitan temperaturas muy bajas para funcionar. Pero por razones prácticas, el centro de datos debe funcionar a temperatura ambiente. Nuestros imanes 2D no solo son los primeros en operar a temperatura ambiente o superior, sino que también son los primeros imanes en alcanzar el límite Lo real es bidimensional: ¡es tan delgado como un solo átomo! «

Esta asombrosa hazaña se logró utilizando una sustancia llamada óxido de zinc van der Waals dopado con cobalto. Como su nombre lo indica, se crea fusionando grafeno Óxido de zinc y cobalto. El óxido de grafeno se sumerge en zinc y acetato de cobalto dihidratado, cuyas proporciones se miden cuidadosamente.

Cuando se hornea al vacío, esta mezcla se enfría lentamente en una sola capa de óxido de zinc impregnada de átomos de cobalto, intercalada entre las capas de grafeno. Un paso de horneado en el aire quema el grafeno, dejando una sola capa de óxido de zinc saturada con cobalto.

Luego, el equipo utilizó microscopía electrónica para confirmar el grosor de un solo átomo de la estructura y microscopía electrónica de transmisión para obtener imágenes de la estructura y composición del cristal, átomo por átomo.

Ilustración de acoplamiento magnético en la materia. (Laboratorio de Berkeley)

Se encontró que la película 2D resultante era magnética, pero exactamente cómo el magnetismo depende de la cantidad de cobalto esparcido entre el óxido de zinc. Aproximadamente entre el 5 y el 6 por ciento, el magnetismo era bastante débil. Duplicando a aproximadamente el 12 por ciento, el material se volvió fuertemente magnético.

Al 15 por ciento, el material era magnético con tanta fuerza que los ciclos locales dentro del material comenzaron a competir entre sí, una condición conocida como frustración. Esto puede obstruir el sistema magnético dentro del sistema, por lo que alrededor del 12 por ciento parece ser el punto óptimo del cobalto.

Curiosamente, la película se mantuvo magnética y químicamente estable no solo a temperatura ambiente, sino hasta temperaturas de aproximadamente 100 ° C (212 ° F), aunque el óxido de zinc no es magnetismo Material.

«Nuestro sistema magnético 2D muestra un mecanismo distinto en comparación con los imanes 2D anteriores». El científico de materiales y primer autor del estudio, Rui Chen, dijo Universidad de California en Berkeley. «Creemos que este mecanismo único se debe a los electrones libres en el óxido de zinc».

Electrones, entre otros, muy pequeño imán. Cada electrón tiene un polo magnético norte y sur y su propio campo magnético pequeño. En la mayoría de los materiales, las direcciones magnéticas de los electrones se cancelan entre sí, pero en los materiales magnéticos, los electrones se agrupan. en los campos donde todos tienen la misma orientación magnética. En un material magnético, todos los dominios se dirigen en la misma dirección.

Los electrones libres son aquellos que no están unidos al núcleo de un átomo. Los investigadores creen que los electrones libres en el óxido de zinc pueden actuar como mediadores que mantienen a los átomos magnéticos de cobalto en la película orientados en la misma dirección, incluso a altas temperaturas.

Sin duda, es algo que requiere más investigación, especialmente porque podría abrir muchas nuevas vías para el desarrollo y la investigación de tecnología. La película en sí es flexible y su fabricación es escalable, lo que significa que las posibilidades son asombrosas.

Una vía es estudiar las interacciones magnéticas entre átomos, lo que tiene implicaciones para la física cuántica. Otro es la espintrónica, el estudio del espín de los electrones. También se puede utilizar para fabricar dispositivos de memoria ligeros y flexibles, que se basan en cambiar la dirección del campo magnético para codificar datos binarios.

Los análisis y cálculos futuros ayudarán a comprender mejor las limitaciones del material.

«Nuestros resultados son mejores de lo que esperábamos, lo cual es realmente emocionante. La mayoría de las veces en ciencia, los experimentos pueden ser muy desafiantes». Yao dijo. «Pero cuando finalmente te das cuenta de algo nuevo, siempre es muy satisfactorio».

La búsqueda fue publicada en Conexiones con la naturaleza.