Магнит толщиной в 1 атом. Новые возможности спиновой электроники
Самый тонкий магнит толщиной в один атом позволит создать компактные устройства спинтронной памяти высокой плотности для вычислительной техники, квантовой физики и электроники следующего поколения.
В современных запоминающих устройствах информация записывается на магнитные компоненты, которые состоят из очень тонких пленок. Но на атомном уровне эти материалы все еще трехмерны, поскольку имеют толщину в сотен или тысяч атомов. На протяжении десятилетий исследователи искали способы сделать магниты все тоньше, что позволило бы хранить данные с гораздо более высокой плотностью.
Для повышения плотности хранения данных можно применять двумерные магнитные пленки толщиной в один атом, созданные лабораторией Беркли и Калифорнийским университетом. Эта разработка может обеспечить развитие новых возможностей в вычислительной технике и электронике, в частности, в компактных устройствах спинтронной памяти высокой плотности, а также в новых инструментах для изучения квантовой физики.
Попытки создания 2D-магнитов производились и ранее, но все они хорошо работали только при низких температурах, а при обычных условиях быстро теряли свои свойства или становились химически нестабильным.
В результате новых исследований удалось создать двухмерный магнит толщиной всего в один атом, который может сохранять свои характеристики даже при 100 °C.
Для создания магнита толщиной в один атом исследователи использовали раствор из оксида графена, цинка и кобальта. Спустя несколько часов запекания в лабораторной печи эта смесь превращается в одноатомный слой оксида цинка с содержанием небольшого количества кобальта, зажатой между слоями графена. На втором этапе графен выжигается, оставляя лишь пленку из оксида цинка, легированного кобальтом
В ходе опытов было обнаружено, что при содержании 5-6% атомов кобальта пленка проявляет слабые магнитные свойства, но при увеличении концентрации до 12% наблюдается очень сильный магнитный эффект. Содержание свыше 15% кобальта переводит материал в экзотическое состояние квантовой «фрустрации», при которой внутренние магнитные силы подавляют друг друга.
Новый материал, который можно согнуть практически в любую форму без разрушения, и который в миллион раз тоньше листа бумаги, может ускорить применение спиновой электроники (спинтроники) — новой технологии, которая использует ориентацию спина электрона.
Эти исследования важным не только потому что создан двумерный магнетизм при комнатной температуре, а и потому что они способствует развитию нового направления реализации двумерных магнитных материалов.