In een baanbrekende nieuwe studie, wetenschappers en ingenieurs van de Universiteit van Minnesota hebben het overvloedige en goedkope niet-magnetische materiaal ijzersulfide elektrisch getransformeerd, ook bekend als "fool's gold" of pyriet, tot een magnetisch materiaal.

Dit is de eerste keer dat wetenschappers ooit een volledig niet-magnetisch materiaal elektrisch hebben omgezet in een magnetisch materiaal. en het zou de eerste stap kunnen zijn in het creëren van waardevolle nieuwe magnetische materialen voor energiezuinigere computergeheugenapparaten.

Het onderzoek is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , een peer-reviewed wetenschappelijk tijdschrift gepubliceerd door de American Association for the Advancement of Science (AAAS).

"De meeste mensen met kennis van magnetisme zouden waarschijnlijk zeggen dat het onmogelijk was om een ​​niet-magnetisch materiaal elektrisch om te zetten in een magnetisch materiaal. Toen we wat dieper keken, echter, we zagen een mogelijke route, en maakte het waar, " zei Chris Leighton, de hoofdonderzoeker van de studie en een University of Minnesota Distinguished McKnight University Professor in de afdeling Chemical Engineering and Materials Science.

Leighton en zijn collega's, waaronder Eray Aydil aan de New York University en Laura Gagliardi (chemie) aan de Universiteit van Minnesota, hebben ijzersulfide bestudeerd, of "het goud van de dwaas, " al meer dan een decennium voor mogelijk gebruik in zonnecellen. Vooral zwavel is een zeer overvloedig en goedkoop bijproduct van de aardolieproductie. Helaas, wetenschappers en ingenieurs hebben geen manier gevonden om het materiaal efficiënt genoeg te maken om goedkope, aardrijke zonnecellen.

"We gingen echt terug naar het ijzersulfidemateriaal om te proberen de fundamentele wegversperringen te achterhalen voor goedkope, niet-toxische zonnecellen, ' zei Leighton. 'Ondertussen, mijn groep werkte ook in het opkomende gebied van magneto-ionica, waar we elektrische spanningen proberen te gebruiken om magnetische eigenschappen van materialen te regelen voor mogelijke toepassingen in magnetische gegevensopslagapparaten. Op een gegeven moment realiseerden we ons dat we deze twee onderzoeksrichtingen moesten combineren, en het heeft zijn vruchten afgeworpen."

Leighton zei dat het hun doel was om de magnetische eigenschappen van materialen te manipuleren met alleen een spanning, met zeer weinig elektrische stroom, wat belangrijk is om magnetische apparaten energiezuiniger te maken. De vooruitgang tot nu toe omvatte het in- en uitschakelen van ferromagnetisme, de technologisch meest belangrijke vorm van magnetisme, in andere soorten magnetische materialen. ijzersulfide, echter, bood het vooruitzicht van potentieel elektrisch induceren van ferromagnetisme in een volledig niet-magnetisch materiaal.

In de studie, de onderzoekers gebruikten een techniek die elektrolytgating wordt genoemd. Ze namen het niet-magnetische ijzersulfidemateriaal en stopten het in een apparaat dat in contact kwam met een ionische oplossing, of elektrolyt, vergelijkbaar met Gatorade. Ze legden toen slechts 1 volt aan (minder spanning dan een huishoudaccu), verplaatste positief geladen moleculen naar het grensvlak tussen de elektrolyt en het ijzersulfide, en geïnduceerd magnetisme. belangrijk, ze waren in staat om de spanning uit te schakelen en het materiaal terug te brengen naar zijn niet-magnetische staat, wat betekent dat ze het magnetisme omkeerbaar kunnen in- en uitschakelen.

"We waren behoorlijk verrast dat het werkte, ' zei Leighton. 'Door de spanning toe te passen, we gieten in wezen elektronen in het materiaal. Het blijkt dat als je voldoende hoge concentraties elektronen krijgt, het materiaal wil spontaan ferromagnetisch worden, which we were able to understand with theory. This has lots of potential. Having done it with iron sulfide, we guess we can do it with other materials as well."

Leighton said they would never have imagined trying this approach if it wasn't for his team's research studying iron sulfide for solar cells and the work on magnetoionics.

"It was the perfect convergence of two areas of research, " hij zei.

Leighton said the next step is to continue research to replicate the process at higher temperatures, which the team's preliminary data suggest should certainly be possible. They also hope to try the process with other materials and to demonstrate potential for real devices.