Een paar maanden geleden, een team van wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) meldde iets verrassends over een 2D magnetisch materiaal:gedrag waarvan lang werd aangenomen dat het te wijten was aan trillingen in het rooster - de interne structuur van de atomen in het materiaal zelf - is eigenlijk te wijten aan een golf van spinoscillaties.

Deze week, dezelfde groep beschrijft een andere verrassende bevinding in een ander 2D magnetisch materiaal:gedrag waarvan wordt aangenomen dat het het gevolg is van een golf van spinoscillaties, is in feite te wijten aan trillingen in het rooster.

Het werk, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , is verder bewijs dat de unieke experimentele capaciteiten van het NIST-team een ​​cruciale rol spelen als onderzoeksinstrument voor wetenschappers die deze 2D-magneten bestuderen.

Golven van spinoscillaties omvatten veranderingen in een kwantumeigenschap van atomen die spin wordt genoemd; de eigenschap die magneten magnetisch maakt. Als je elk atoom als een kompas beschouwt, dan is spin (metaforisch) de naald van het kompas. In deze metafoor echter, de spin kan zowel naar het noorden (omhoog) als naar het zuiden (omlaag) wijzen. Bij sommige materialen is spin kan van de ene metaforische richting naar de andere "flippen".

Het experiment maakte gebruik van Raman-spectroscopie, een techniek die een monster met laserlicht meet en vervolgens meet hoe dat licht door het monster wordt verstrooid. Dit kan informatie over een 2D-materiaal onthullen, zoals de structuur, gebreken, doping, aantal lagen en koppeling tussen de lagen, en meer. Het op maat gemaakte Raman-systeem van NIST voegt de mogelijkheid toe om het verstrooide licht gelijktijdig te volgen als een functie van zowel temperatuur als magnetisch veld.

Door de temperatuur en het magnetische veld te manipuleren tijdens het meten van het Raman-signaal, kunnen wetenschappers bepalen of ze roostertrillingen of spingolven waarnemen. Verder, in dit nieuwe artikel rapporteren onderzoekers dat ze spins binnen een enkele laag kunnen volgen terwijl de spins in een nieuwe richting "draaien".

Wetenschappers weten dat het gedrag dat ze hebben gevonden intrinsiek is aan het materiaal zelf, omdat Raman-spectroscopie hen in staat stelt om het 2D-materiaal niet-invasief te onderzoeken, zonder toevoeging van elektronische contacten die de resultaten zouden kunnen beïnvloeden.

"Onze gegevens laten duidelijke kenmerken zien die een magnetische faseovergang in het materiaal identificeren met behulp van licht als sonde, " zei Hight Walker. "Laag voor laag, we observeren spins die van richting veranderen."

Het belang van 2D-magneten

Sommige materialen zijn samengesteld uit lagen die zeer zwak op elkaar inwerken, waarmee wetenschappers afzonderlijke lagen uit elkaar kunnen trekken of isoleren en toegang krijgen tot atomair dunne (in de orde van enkele nanometers) 2D-platen. Bijvoorbeeld, grafeen was het eerste 2D-materiaal dat uit grafiet werd geïsoleerd door een klevend oppervlak te gebruiken om een ​​enkele laag van één atoom dik af te pellen.

Deze materialen worden 2-D genoemd omdat, hoewel ze relatief breed kunnen zijn - op de schaal van micrometers - zijn ze ook extreem dun - zo dun als een enkel atoom of 100, 000 keer kleiner dan een mensenhaar. Die eigenschap zorgt voor meer aanpasbaarheid dan 3D-materialen. Er zijn dramatische verschillen te zien tussen één en zelfs maar twee lagen van hetzelfde materiaal.

Maar tot voor kort, niemand dacht dat gelaagde materialen magnetisch zouden kunnen zijn als je ze verkleint tot de 2D-limiet. Vervolgens, nog maar een paar jaar geleden, werd ontdekt dat sommigen van hen konden, in feite, houden hun magnetische gedrag in een enkele laag, en 2D-magneten werden een hot topic van onderzoek.

Het door NIST geleide werk, gedaan in samenwerking met wetenschappers van de Ohio State University, Towson-universiteit, Penn State University, de Universiteit van Arkansas, en het National Institute of Materials Science in Japan, omvat een 2D-materiaal genaamd chroomtrijodide (CrI3), die veelbelovende eigenschappen heeft die op een dag kunnen worden gemanipuleerd om apparaten bruikbaar te maken voor kwantumcomputers.

Hoe meer wetenschappers leren over deze 2D-materialen, hoe dichter ze bij het realiseren van potentiële toepassingen komen, vooral in de volgende generatie elektronica en zelfs kwantuminformatie.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.