Door atomen te vervangen tijdens het maken van tweedimensionale legeringen kunnen ze niet alleen worden aangepast voor toepassingen, maar kunnen ze ook magnetisch, volgens wetenschappers van Rice University en hun medewerkers.

Een nieuw artikel in Advanced Materials schetst hoe onderzoekers van Rice, Oak Ridge Nationaal Laboratorium, de University of Southern California (USC) en de Kumamoto University in Japan gebruikten chemische dampafzetting (CVD) om atoomdikke platen te maken en, in dezelfde stap, hun eigenschappen aanpassen door andere elementen toe te voegen via een proces dat bekend staat als doping.

Ze ontdekten bij verrassing dat ze de 2D-platen ook magnetische eigenschappen konden geven.

De laboratoria werkten met overgangsmetaaldichalcogeniden, legeringen die een overgangsmetaal en chalcogeenatomen combineren tot een enkel materiaal. Overgangsmetalen zijn stabiele elementen die in het midden van het periodiek systeem vallen. Chalcogenen omvatten zwavel, selenium en tellurium, ook buren van elkaar in de tafel.

Door tijdens CVD een doteringselement aan de mix toe te voegen, de onderzoekers toonden aan dat het mogelijk was om de atomen op de resulterende 2D-kristallen platen te herschikken. Ze demonstreerden verschillende configuraties en ontdekten dat ze sommige atomen regelrecht konden vervangen door de dotering. Deze fysieke veranderingen leidden tot veranderingen in de mechanische en elektronische eigenschappen van de platte kristallen, zei co-auteur en Rice postdoctoraal onderzoeker Chandra Sekhar Tiwary.

Het Rice-lab van Pulickel Ajayan leidde het project om theorieën te testen van USC-onderzoekers die berekenden dat doping van de materialen een faseovergang in de 2D-kristallen zou forceren. Het Rice-team bevestigde de theorie dat het toevoegen van rhenium in verschillende hoeveelheden aan molybdeendiselenide tijdens de groei hen in staat zou stellen de eigenschappen ervan aan te passen door de atomaire structuur te veranderen. De magnetische handtekeningen waren een bonus.

"Gebruikelijk, als je een magnetisch materiaal maakt, je begint met magnetische elementen zoals ijzer of kobalt, " zei afgestudeerde student en co-hoofdauteur Amey Apte. "Rhenium, massaal, is geen magnetisch materiaal, maar het blijkt dat het in bepaalde combinaties op atomaire schaal is. In dit geval werkte het fantastisch."

De onderzoekers zeiden dat de magnetische eigenschappen die ze ontdekten de 2D-legeringen interessant zouden kunnen maken voor degenen die spintronische apparaten ontwerpen.