Физики создали первый «плоский» двухмерный магнит

Американские ученые создали первый магнит из абсолютно плоского и двухмерного материала, получив аналог графена из соединения хрома и йода, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Двухмерные магниты являются крайне интересными сами по себе, так как они позволяют очень четко и точно менять магнитные свойства их отдельных частей. Но еще интереснее выглядит комбинация из нескольких разнородных слоев подобного рода. В таком случае внутри в них могут возникать экзотические феномены, которые мы никогда раньше не видели», — рассказывает Сяодун Сюй (Xiaodong Xu) из университета Вашингтона в Сиэтле (США).

Все магнитные материалы, как рассказывают ученые, состоят из особых областей, которые обычно называют «доменами». Как правило, спины электронов у атомах в таких доменах повернуты в одну сторону, противоположную тому, в какую стороны направлены спины электронов в соседних доменах.Благодаря этому куски железа не обладают собственным магнитным полем, но могут намагничиваться, если поместить их во внешнее магнитное поле.

Эти домены ведут себя как единое целое, «коллективно» меняя намагниченность при приложении электрического поля или других воздействиях, что не позволяет записывать информацию в спины электронов у отдельных атомов. По этой причине ученые сегодня активноразрабатывают альтернативные подходы к хранению информации, так как магнитные системы хранения данных уже почти подошли к этому пределу.

Сюй и его коллеги заявляют, что эта проблема может быть решена при помощи принципиально новых магнитных материалов, имеющих абсолютно плоскую структуру. Им удалось создать несколько версий таких 2D-магнитов, используя простейшую технологию, которую первооткрыватели графена, Андрей Гейм и Константин Новоселов, использовали для получения первых образцов этого «плоского углерода».

Как рассказывает американский исследователь, ученые давно знают, что трийодид хрома (CrI3), соединение из трех атомов йода и одного атома хрома, обладает интересными магнитными свойствами, которые могут в принципе сохраняться в плоских слоях этой соли. Проблема заключалась в том, что у ученых не получалось синтезировать одиночный слой из молекул этого соединения. Более того, многие физики вообще сомневались в том, что CrI3 или любой другой магнитный материал сохранит свои свойства при превращении в двухмерную структуру.

Команда Сюя решила эту проблему и доказала, что этот материал сохранит свои магнитные свойства, используя тот же самый скотч, который был применен российско-британскими физиками для получения графена. Оторвав несколько полосок «плоского» трийодида хрома, ученые измерили их магнитные свойства и другие характеристики.

Для этого физики намагнитили такую пластинку и подсветили ее светом, наблюдая за тем, будет ли магнитное поле, «записанное» в этот аналог графена, влиять на поляризацию света. Поляризация действительно менялась, что подтвердило, что двумерные магнитные материалы действительно могут существовать. Аналогичным образом ученые создали еще один 2D-магнит, используя другое вещество – сплав хрома, германия и теллура.

Что интересно, трийодид хрома теряет эти необычные свойства в том случае, если оторвать не один, а сразу два слоя его молекул, но сохраняет их при наличии трех и более слоев. Почему это так происходит, ученые пока не знают, но планируют раскрыть эту загадку в ближайшее время, а также более детально изучат магнитные свойства этого нового 2D-материала.