美國科學(xué)家開發(fā)了一種世界上最薄的二維磁性材料，這一突破可能為計算和電子領(lǐng)域帶來令人興奮的新可能性。這種磁鐵只有一個原子的厚度，與以前開發(fā)的類似材料不同，它能夠在室溫下工作，除其他應(yīng)用外，它可以使數(shù)據(jù)以更高的密度存儲。

　　識別具有磁性的二維材料是科學(xué)家以前取得的成就。2017年，他們關(guān)注了對一種名為三碘化鉻的鐵磁性材料的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種材料可以被削成一個原子厚的單層，同時保持其磁性。

　　美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們一直在努力解決以前開發(fā)的這種二維磁體的一個缺點(diǎn)，即在室溫下的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致它們失去磁性。迄今為止，這限制了該技術(shù)的實(shí)用性，但研究人員現(xiàn)在已經(jīng)找到了一條有希望的前進(jìn)道路。

　　“最先進(jìn)的二維磁體需要非常低的溫度才能發(fā)揮作用，”資深作者姚杰（音譯）解釋說。“但由于實(shí)際原因，數(shù)據(jù)中心需要在室溫下運(yùn)行。我們的二維磁體不僅是第一個在室溫或更高溫度下運(yùn)行的磁體，而且也是第一個達(dá)到真正二維極限的磁體：它像一個單原子一樣薄！”

　　科學(xué)家們從氧化石墨烯、鋅和鈷的混合物開始，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行烘烤，變成了一層遍布鈷原子的氧化鋅。這層厚度僅為一個原子，被夾在兩層石墨烯之間，然后將其燒掉，留下一層磁性的二維薄膜。

　　通過后續(xù)實(shí)驗(yàn)，研究小組發(fā)現(xiàn)可以通過改變材料中鈷的含量來調(diào)整磁性。濃度為5%或6%的鈷原子會產(chǎn)生一個相對較弱的磁體，而將濃度提高到12%會產(chǎn)生一個非常強(qiáng)的磁體。將濃度提高到15%，就會出現(xiàn)科學(xué)家們所說的 "frustration "的量子狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，材料中相互沖突的磁態(tài)會相互競爭。

　　至關(guān)重要的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，與早期的二維磁體不同，這種材料不僅在室溫下，而且在高達(dá)100℃的溫度下都能保持其磁力特性。

　　"與以前的二維磁體相比，我們的二維磁體系統(tǒng)顯示出一種獨(dú)特的機(jī)制，"研究作者陳銳（音譯）說。"而且我們認(rèn)為這種獨(dú)特的機(jī)制是由于氧化鋅中的自由電子造成的。"

　　該團(tuán)隊的二維磁體的厚度只有一張紙的百萬分之一，可以彎曲成幾乎任何形狀。該技術(shù)的一個有前途的應(yīng)用在于數(shù)據(jù)存儲。今天使用的存儲設(shè)備依賴于非常薄的磁性薄膜，但仍然是三維的，測量起來有數(shù)百或數(shù)千個原子厚。更薄的磁體，特別是只有一個原子厚的磁體，將使數(shù)據(jù)能夠以更高的密度存儲。

　　這種材料通過允許觀察單個磁性原子和它們之間的相互作用，還能在量子物理學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的研究模式。另一種可能性涉及自旋電子學(xué)領(lǐng)域，其中電子的自旋而不是其電荷將被用于存儲和操縱數(shù)據(jù)，科學(xué)家們想象二維磁體可以構(gòu)成一個促進(jìn)這些過程的緊湊設(shè)備的一部分。

　　研究共同作者Robert Birgeneau說：“我相信，在室溫下發(fā)現(xiàn)這種新的、堅固的、真正的二維磁體是一個真正的突破?！?/p>

　　這項研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的活動和科普好物！