natuurkundigen, chemici, en materiaalwetenschappers onderzoeken al tientallen jaren de aard van gelaagde magnetische materialen, op zoek naar aanwijzingen voor de eigenschappen van deze materialen die complexer zijn dan ze lijken.

Gelaagd materiaal lijkt op de structuur van een boek. Van een afstand, het ziet eruit als een solide driedimensionaal object, maar bij nader onderzoek, het is gemaakt van het stapelen van veel platte, tweedimensionale vellen vergelijkbaar met de pagina's van een boek.

Gedurende het afgelopen decennium, wetenschappers hebben de "afschilfering" van gelaagde magnetische materialen nagestreefd, een proces waarbij een materiaal systematisch wordt gekliefd totdat een enkele atomaire plaat is geïsoleerd.

Een enkele atomaire plaat van een magnetisch gelaagd materiaal stelt onderzoekers in staat atomair platte, ultradunne magnetische apparaten. Als voorbeeld, wetenschappers hebben ultradunne "magnetische geheugens" geconstrueerd - enkele atoomplaten waar informatie wordt opgeslagen in de directionele oriëntatie van de magnetisatie van de atomen.

De magnetisatie van een gelaagd materiaal is typisch evenwijdig aan of loodrecht op het vlak van atomen georiënteerd. Met andere woorden, magnetisatie heeft de neiging om ofwel "in-plane" of "out-of-plane" te wijzen - wat aangeeft wat bekend staat als een magnetische anisotropie.

Tot dusver, wetenschappers waren zich alleen bewust van de in-plane of de out-of-plane limieten van magnetische anisotropie. Met andere woorden, het vermogen om de oriëntatie van het magnetisme te regelen werd bepaald door alleen de twee parameters van anisotropie.

In een nieuw rapport in Geavanceerde materialen , onderzoekers van Boston College tonen aan dat magnetische anisotropie continu kan worden afgestemd tussen de twee limieten van in-plane en out-of-plane. Het team meldt dat het deze vooruitgang in de arena van ultradunne magnetische apparaten heeft bereikt door de magnetisatie met succes in elke richting van de ruimte te richten in plaats van alleen in het vlak of buiten het vlak.

"Naast de magnetisatierichting, ons team toonde aan dat alle eigenschappen van dit gelaagde materiaal, inclusief lichtabsorptie, afstand tussen de lagen, en temperatuur van magnetische overgang kan continu worden geregeld tot elke gewenste waarde, " zei Fazel Tafti, universitair docent natuurkunde aan het Boston College, hoofdauteur van het artikel. "Dit is een sprong voorwaarts in het afstemmen van materiaaleigenschappen voor de industrie van optische en magnetische apparaten."

Om het materiaal te maken, een team onder leiding van Tafti en Boston College Associate Professor of Physics Kenneth Burch ontwikkelde een "mixed-halide chemistry" -benadering waarbij onderzoekers verschillende halide-atomen combineerden, zoals chloor of broom, rond een overgangsmetaal zoals chroom.

Door de relatieve samenstelling van chloor tot broom aan te passen, de onderzoekers waren in staat om een ​​interne parameter op atomair niveau aan te passen die bekend staat als de spin-orbit-koppeling die de bron is van magnetische anisotropie, zei Tafti.

De afstemmingsmethodologie maakt de engineering van de hoeveelheid spin-baankoppeling en de oriëntatie van magnetische anisotropie op atomair niveau mogelijk, meldde het team.

Tafti zei dat het bevorderen van dit soort materialen de basis zal vormen voor ultradunne magnetische apparaten van de volgende generatie. In de toekomst, deze apparaten kunnen op een dag de transistors en elektrische chips vervangen die tegenwoordig worden gebruikt. Vanwege hun atomaire schaal, Tafti zei, verdere vooruitgang zal waarschijnlijk de omvang van magnetische apparaten verkleinen, aangezien de mogelijkheden het mogelijk maken om magnetische informatie op deze atomair vlakke platen samen te stellen.

"Vanaf hier, we zullen de grenzen van magnetische gelaagde materialen blijven verleggen door gemengde halogeniden te maken van andere overgangsmetalen dan chroom, " zei Tafti. "Ons team toonde aan dat de gemengde halogenidechemie niet beperkt is tot chroom en kan worden gegeneraliseerd tot meer dan 20 andere overgangsmetalen. De mede-leider van het project, Kenneth Burch, probeert verschillende magnetische lagen kunstmatig met elkaar te verbinden, zodat de eigenschappen van de ene laag de aangrenzende beïnvloeden. Dergelijke metamaterialen kunnen de voortplanting van licht in één laag veranderen op basis van de richting van het magnetisme in de aangrenzende laag en vice versa - een eigenschap die bekend staat als het magneto-optische effect."