Одной из самых передовых областей технологий является спинтроника, все еще экспериментальная попытка разработки и создания устройств, таких как компьютеры и запоминающие устройства, которые работают на вращении электрона, а не только на движении зарядов (которое мы знаем как электрические Текущий). Но такие приложения требуют новых магнитных материалов с новыми свойствами. Например, было бы огромным преимуществом, если бы магнетизм проявлялся в чрезвычайно тонком слое материала – так называемых двумерных (2D) материалах, которые включают графен, который в основном представляет собой слой графита толщиной в атом.
Однако найти 2D-магнитные материалы сложно. Иодид хрома (CrI3) недавно обнаружил много интересных свойств, но он быстро разлагается в условиях окружающей среды, а его изолирующая природа не обещает ничего особенного для приложений спинтроники, для большинства из которых требуются металлические и устойчивые к воздуху магнитные материалы.
Теперь группы Андраса Киса и Олега Языева из EPFL нашли новый металлический и устойчивый к воздуху 2D-магнит: диселенид платины (PtSe2).
Открытие было сделано Ахметом Авсаром, постдоком в лаборатории Киса, который на самом деле занимался совершенно другим.
Чтобы объяснить открытие магнетизма в PtSe2, исследователи сначала использовали расчеты, основанные на теории функционала плотности, метод, который моделирует и изучает структуру сложных систем с большим количеством электронов, таких как материалы и наноструктуры.
Теоретический анализ показал, что магнетизм PtSe2 вызван так называемыми «дефектами» на его поверхности, которые представляют собой неровности в расположении атомов. «Более десяти лет назад мы обнаружили похожий сценарий для дефектов в графене, но PtSe2 стал для нас полной неожиданностью», – говорит Олег Языев.
Исследователи подтвердили наличие магнетизма в материале с помощью мощного метода измерения магнитосопротивления. Магнетизм был удивительным, поскольку идеально кристаллический PtSe2 считается немагнитным. «Это первый случай, когда в 2D-материалах такого типа наблюдается магнетизм, вызванный дефектами», – говорит Андраш Кис. "Это расширяет диапазон 2D-ферромагнетиков до материалов, которые в противном случае были бы упущены из виду при использовании массивных методов добычи данных."
Удаление или добавление одного слоя PtSe2 достаточно, чтобы изменить способ взаимодействия спинов между собой через слои.
И что делает его еще более многообещающим, так это тот факт, что его магнетизм, даже в пределах одного и того же слоя, можно дополнительно регулировать, стратегически размещая дефекты на его поверхности – процесс, известный как «инженерия дефектов», который может быть выполнен путем облучения поверхности материала. поверхность с пучками электронов или протонов.
«Такие ультратонкие металлические магниты могут быть интегрированы в устройства магнитной оперативной памяти с произвольным доступом [STT MRAM] следующего поколения, – говорит Ахмет Авсар. «2D-магниты могут снизить критический ток, необходимый для изменения магнитной полярности, и помочь нам в дальнейшей миниатюризации. Это основные проблемы, которые компании надеются решить."