Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z Lawrence Berkeley National Laboratory a University of California v Berkeley tvrdí, že jako první dokázali vyrobit ultratenký (2D) magnet, který funguje za pokojové teploty a je navíc za běžných podmínek chemicky stabilní. Jako jedna z hlavních aplikací se nabízí spintronika – paměti s vysokou hustotou uložených dat. Kromě samotného výsledku má být na studii významné také to, že se při výzkumu objevil i dosud neznámý mechanismus realizace magnetismu ve 2D.
Dnešní magnetické paměti jsou založeny na filmech, které jsou sice velmi tenké, stále se ale jedná o stovky nebo tisíce atomů. Skutečně dvourozměrné, atom tlusté magnety by nabídly mnohem vyšší hustotu ukládání dat. Samotné 2D magnety se již podařilo připravit, dosud ale vyžadovaly nízkou teplotu nebo i další speciální podmínky.
Výzkumníci nyní syntetizovali nový 2D magnet („kobaltem dopovaný van der Waalsův magnet z oxidu zinečnatého“) ze směsi oxidu grafenu, zinku a kobaltu. Po několika hodinách pečení v běžné laboratorní troubě vznikla atomární vrstva oxidu zinečnatého obsahující kobalt, vložená mezi vrstvy grafenu. Závěrečná úprava spočívá ve spálení grafenu. Metoda by měla být celkem jednoduchá a vhodná i pro průmyslovou výrobu.
To, že vrstva má tloušťku opravdu jednoho atomu, se podařilo potvrdit pomocí rastrovací a transmisní elektronové mikroskopie. Další analýzy ukázaly, že oxid zinečnatý se stává slabě magnetickým, pokud obsahuje 5–6 % atomů kobaltu, při 12 % se magnet stává velmi silným. Při 15 % kobaltu se magnet přepíná do exotického „frustrovaného“ magnetického stavu, kdy spiny mají cca náhodný směr a magnetismus mizí. Dále se ukázalo, že materiál je magnetický nejen při pokojové teplotě, ale dokonce i až asi do 100 °C. Má navíc vhodné mechanické vlastnosti, i jednoatomovou vrstvu lze ohýbat bez toho, aby se zlomila.
Za netypické vlastnosti materiálu ve srovnání s již známými 2D magnety podle autorů výzkumu může zřejmě to, že oxid zinečnatý obsahuje volné elektrony. Díky nim magnetické momenty atomů kobaltu směřují stále stejným směrem, i když hostitelský materiál, polovodičový ZnO, je sám o sobě nemagnetický.
Atomárně tenký magnet má nabízet také další možnosti pro zkoumání kvantového světa.
Rui Chen et al, Tunable room-temperature ferromagnetism in Co-doped two-dimensional van der Waals ZnO, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24247-w
Zdroj: Lawrence Berkeley National Laboratory / Phys.org
