Wetenschappers van de Universiteit van Massachusetts Amherst melden dat ze voor het eerst een veel eenvoudigere methode hebben ontworpen om geordende magnetische materialen te bereiden dan ooit tevoren, door magnetische eigenschappen te koppelen aan nanostructuurvorming bij lage temperaturen.

Het innovatieve proces stelt hen in staat om ferromagnetische materialen bij kamertemperatuur te creëren die gedurende lange perioden effectiever en met minder stappen stabiel zijn dan de meer gecompliceerde bestaande methoden. De aanpak wordt geschetst door UMass Amherst-polymeerwetenschapper Gregory Tew en collega's in het nummer van 27 september van Natuurcommunicatie .

Tew legt uit dat de kenmerkende verbetering van zijn groep een eenstapsmethode is om geordende magnetische materialen te genereren op basis van kobaltnanostructuren door een blokcopolymeer te coderen met de juiste chemische informatie om zichzelf te organiseren in nanoscopische domeinen. Blokcopolymeren zijn samengesteld uit twee of meer enkelvoudige polymeersubeenheden verbonden door covalente chemische bindingen.

Het nieuwe proces levert magnetische eigenschappen aan materialen wanneer het monster eenmaal wordt verwarmd tot een relatief lage temperatuur, ongeveer 390 graden (200 graden Celsius), die ze omzet in kamertemperatuur, volledig magnetische materialen. De meeste eerdere processen vereisten ofwel veel hogere temperaturen of meer processtappen om hetzelfde resultaat te bereiken, wat de kosten verhoogt, zegt Tew.

Hij voegt toe, "De kleine kobaltdeeltjes mogen bij kamertemperatuur niet magnetisch zijn omdat ze te klein zijn. de nanostructuur van het blokcopolymeer beperkt ze lokaal, wat blijkbaar sterkere magnetische interacties tussen de deeltjes induceert, het opleveren van ferromagnetische materialen bij kamertemperatuur die veel praktische toepassingen hebben."

"Tot nu, het is niet mogelijk geweest om besteld te produceren, magnetische materialen via blokcopolymeren in een eenvoudig proces, "Tew zegt. "De huidige methoden vereisen meerdere stappen om de bestelde magnetische materialen te genereren. Ze hebben ook een beperkte effectiviteit omdat ze mogelijk niet de getrouwheid van het geordende blokcopolymeer behouden, ze kunnen de magnetische materialen niet beperken tot één domein van het blokcopolymeer, of ze produceren gewoon geen sterk magnetische materialen. Ons proces beantwoordt aan al deze beperkingen."

Magnetische materialen worden in alles gebruikt, van geheugenopslagapparaten in onze telefoons en computers tot de datastrips op debet- en creditcards. Tew en collega's hebben een manier ontdekt om blokcopolymeren te bouwen met de nodige chemische informatie om zichzelf te organiseren in nanoscopische structuren van een miljoenste millimeter dun, of ongeveer 50, 000 keer dunner dan het gemiddelde mensenhaar.

Eerdere studies hebben aangetoond dat blokcopolymeren kunnen worden georganiseerd over relatief grote gebieden. Wat de resultaten van de onderzoeksgroep UMass Amherst zo intrigerend maakt, Tew zegt, is de mogelijke koppeling van langeafstandsorganisatie met verbeterde magnetische eigenschappen. Dit zou zich kunnen vertalen in een goedkopere ontwikkeling van nieuwe geheugenmedia, gigantische magneto-resistieve apparaten en futuristische spintronische apparaten die "instant on" computers kunnen bevatten of computers die veel minder stroom nodig hebben, hij maakt duidelijk.

Hij voegt toe, "Hoewel er nog werk moet worden verzet voordat nieuwe toepassingen voor gegevensopslag worden ingeschakeld, bijvoorbeeld de magneten harder maken, ons proces is zeer goed afstembaar en daarom aanpasbaar om verschillende soorten metaalprecursoren te gebruiken. Dit resultaat zou voor elke wetenschapper in nanotechnologie interessant moeten zijn, omdat het onomstotelijk aantoont dat nano-opsluiting leidt tot volledig nieuwe eigenschappen, in dit geval magnetische materialen op kamertemperatuur."

"Ons werk benadrukt het belang van het leren beheersen van de nanostructuur van een materiaal. We laten zien dat de nanostructuur direct gerelateerd is aan een belangrijk en praktisch resultaat, dat is, de mogelijkheid om magneten op kamertemperatuur te genereren."

"Ons werk benadrukt het belang van het leren beheersen van de nanostructuur van een materiaal. We laten zien dat de nanostructuur direct gerelateerd is aan een belangrijk en praktisch resultaat, dat is, het vermogen om magneten op kamertemperatuur te genereren." Als onderdeel van deze studie, het UMass Amherst-team toonde ook aan dat het gebruik van een blokcopolymeer of nanoscopisch materiaal resulteert in een materiaal dat magnetisch is bij kamertemperatuur. Daarentegen, met behulp van een homopolymeer, of ongestructureerd materiaal, leidt alleen tot veel minder bruikbare niet- of gedeeltelijk magnetische materialen.