單原子厚二維磁鐵可以在室溫下進行工作
來源：科技日報
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2021-07-23 15:16:42
據物理學家組織網20日報道，美國科學家在最新一期《自然·通訊》雜志上發表論文稱，他們首次研制出一種單原子厚且能在室溫下工作的超薄磁體，有望應用于下一代存儲器、計算機、自旋電子學以及量子物理等領域。
現有存儲設備的磁性部件通常由磁性薄膜制成，但在原子尺度上，這些磁性薄膜仍是三維的，有幾百到幾千個原子厚。幾十年來，研究人員一直希望制造出更纖薄的二維磁鐵，從而實現更高密度的數據存儲。
在最新研究中，美國能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科學家首先利用氧化石墨烯、鋅和鈷制造出混合溶液，隨后將其烘烤幾小時，最后燒掉石墨烯，得到了被稱為摻鈷范德華氧化鋅磁鐵的新型二維磁體。借助透射電子顯微鏡成像對原子進行逐個分析后，研究人員證明最新材料僅單個原子厚。
研究人員稱，與以前的二維磁體在室溫或更高溫度下會失去磁性不同，這種新型二維磁體不僅能在室溫下工作，在100℃下也能工作，其獨特的機制要歸功于氧化鋅中的自由電子。這些自由電子可以作為媒介，確保新二維器件中的磁性鈷原子繼續指向同一個方向，從而保持磁性。
他們表示，新磁鐵的厚度為一張紙的百萬分之一，可以彎曲成幾乎任何形狀而不會斷裂，有望應用于自旋電子學領域——這種新技術利用電子自旋的方向而非電子的電荷來編碼數據。此外，這種新材料首次揭示了鈷磁性原子如何通過復雜的二維網絡“遠距離”相互作用，提供了一個探測量子世界的最佳平臺。
該研究資深作者、加州大學伯克利分校材料科學和工程學副教授姚杰(音譯)說：“這是科學家首次制造出能在室溫下保持化學穩定性的二維磁鐵。這一發現令人興奮，因為它不僅使二維磁性在室溫下成為可能，而且還揭示了實現二維磁性材料的一種新機制。工業界可以借助我們的方法和材料，以更低成本進行大規模生產。”
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