De magnetische eigenschappen van een chroomhalogenide kunnen worden afgestemd door de niet-magnetische atomen in het materiaal te manipuleren, een team, onder leiding van Boston College-onderzoekers, rapporten in de meest recente editie van wetenschappelijke vooruitgang .

De schijnbaar contra-intuïtieve methode is gebaseerd op een mechanisme dat bekend staat als een indirecte uitwisselingsinteractie, volgens Boston College universitair docent natuurkunde Fazel Tafti, een hoofdauteur van het rapport.

Een indirecte interactie wordt gemedieerd tussen twee magnetische atomen via een niet-magnetisch atoom dat bekend staat als het ligand. De bevindingen van het Tafti Lab laten zien dat door de samenstelling van deze ligandatomen te veranderen, alle magnetische eigenschappen kunnen eenvoudig worden afgestemd.

"We hebben een fundamentele vraag behandeld:is het mogelijk om de magnetische eigenschappen van een materiaal te beheersen door de niet-magnetische elementen te veranderen?" zei Tafti. "Dit idee en de methodologie waarover we rapporteren zijn ongekend. Onze bevindingen demonstreren een nieuwe benadering om synthetische gelaagde magneten te maken met een ongekend niveau van controle over hun magnetische eigenschappen."

Magnetische materialen vormen de ruggengraat van de meeste huidige technologie, zoals het magnetische geheugen in onze mobiele apparaten. Het is gebruikelijk om de magnetische eigenschappen af ​​te stemmen door de magnetische atomen in een materiaal te wijzigen. Bijvoorbeeld, een magnetisch element, zoals chroom, kan worden vervangen door een andere, zoals ijzer.

Het team bestudeerde manieren om de magnetische eigenschappen van anorganische magnetische materialen experimenteel te controleren, specifiek, chroomhalogeniden. Deze materialen zijn gemaakt van één chroomatoom en drie halide-atomen:chloor, Broom, en jodium.

De centrale bevinding illustreert een nieuwe methode voor het beheersen van de magnetische interacties in gelaagde materialen door gebruik te maken van een speciale interactie die bekend staat als de ligand spin-orbit-koppeling. De spin-baankoppeling is een eigenschap van een atoom om de richting van spins - de kleine magneten op de elektronen - te heroriënteren met de orbitale beweging van de elektronen rond de atomen.

Deze interactie bepaalt de richting en de grootte van het magnetisme. Wetenschappers zijn bekend met de spin-baankoppeling van de magnetische atomen, maar ze wisten niet dat de spin-baankoppeling van de niet-magnetische atomen ook kon worden gebruikt om de spins te heroriënteren en de magnetische eigenschappen af ​​te stemmen, volgens Tafti.

Het team was verrast dat ze een volledig fasediagram konden genereren door de niet-magnetische atomen in een verbinding te modificeren, zei Tafti, die samen met collega-fysici uit BC Ying Ran en Kenneth Burch het rapport schreef, postdoctorale onderzoekers Joseph Tang en Mykola Abramchuk, afgestudeerde student Faranak Bahrami, en niet-gegradueerde studenten Thomas Tartaglia en Meaghan Doyle. Julia Chan en Gregory McCandless van de Universiteit van Texas, Dallas, en Jose Lado van de Finse Aalto Universiteit, maakten ook deel uit van het team.

"Deze bevinding stelt een nieuwe procedure voor om magnetisme in gelaagde materialen te beheersen, een weg openen om nieuwe synthetische magneten met exotische eigenschappen te maken, "zei Tafti. "Bovendien, we vonden sterke handtekeningen van een potentieel exotische kwantumtoestand geassocieerd met magnetische frustratie, een onverwachte ontdekking die kan leiden tot een spannende nieuwe onderzoeksrichting."

Tafti zei dat de volgende stap is om deze materialen te gebruiken in innovatieve technologieën zoals magneto-optische apparaten of de nieuwe generatie magnetische geheugens.