Dolar 9,3088
Euro 10,8387
Altın 529,59
BİST 1.430
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 17 °C
Çok Bulutlu

Ana Cazibe: Bilim Adamları Dünyanın En İnce Mıknatısını Oluşturuyor – Sadece Bir Atom Kalınlığında!

25.07.2021
92
Ana Cazibe: Bilim Adamları Dünyanın En İnce Mıknatısını Oluşturuyor – Sadece Bir Atom Kalınlığında!

Kredi: Marilyn Sargent/Berkeley Laboratuvarı

Berkeley Lab ve UC Berkeley tarafından geliştirilen tek atomlu ince bir 2D mıknatıs, bilgi işlem ve elektronikte yeni uygulamaları geliştirebilir.

Oda sıcaklığında çalışan ultra ince bir mıknatısın geliştirilmesi, bilgisayar ve elektronikte yüksek yoğunluklu, kompakt spintronik bellek cihazları gibi yeni uygulamalara ve kuantum fiziği çalışması için yeni araçlara yol açabilir.

Son zamanlarda dergide bildirilen ultra ince mıknatıs Doğa İletişimi, yeni nesil bellek cihazları, bilgi işlem, spintronik ve kuantum fiziğinde büyük ilerlemeler sağlayabilir. Energy’s Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) ve UC Berkeley’deki bilim adamları tarafından keşfedildi.

Berkeley Laboratuvarı Malzeme Bilimleri Bölümü’nde öğretim üyesi ve UC Berkeley’de malzeme bilimi ve mühendisliği doçenti olan kıdemli yazar Jie Yao, “Ortam koşullarında kimyasal olarak kararlı olan oda sıcaklığında 2D bir mıknatıs yapan ilk biziz” dedi.

Yao Araştırma Grubu’nda UC Berkeley lisansüstü öğrencisi olan Rui Chen, “Bu keşif heyecan verici çünkü sadece oda sıcaklığında 2D manyetizmayı mümkün kılmakla kalmıyor, aynı zamanda 2D manyetik malzemeleri gerçekleştirmek için yeni bir mekanizmayı da ortaya çıkarıyor” diye ekledi. çalışmak.

Günümüzün bellek cihazlarının manyetik bileşeni tipik olarak manyetik ince filmlerden yapılır. Ancak atomik düzeyde, bu malzemeler hala üç boyutludur – yüzlerce veya binlerce atom kalınlığında. Onlarca yıldır araştırmacılar, daha ince ve daha küçük 2D mıknatıslar yapmanın ve böylece verilerin çok daha yüksek yoğunlukta depolanmasını sağlamanın yollarını aradılar.

2D manyetik malzemeler alanındaki önceki başarılar umut verici sonuçlar getirdi. Ancak bu ilk 2D mıknatıslar manyetizmalarını kaybeder ve oda sıcaklığında kimyasal olarak kararsız hale gelir.

“Son teknoloji ürünü 2D mıknatısların çalışması için çok düşük sıcaklıklara ihtiyacı var. Ancak pratik nedenlerden dolayı bir veri merkezinin oda sıcaklığında çalışması gerekiyor,” dedi Yao. “2B mıknatısımız yalnızca oda sıcaklığında veya daha yüksek sıcaklıkta çalışan ilk değil, aynı zamanda gerçek 2B sınırına ulaşan ilk mıknatıstır: Tek bir atom kadar incedir!”

Araştırmacılar, keşiflerinin kuantum fiziğini incelemek için yeni fırsatlar da sağlayacağını söylüyorlar. Yao, “Her bir atomu inceleme için açar, bu da kuantum fiziğinin her bir manyetik atomu ve aralarındaki etkileşimleri nasıl yönettiğini ortaya çıkarabilir” dedi.

Isıyı alabilen 2 boyutlu mıknatıs yapımı

Araştırmacılar, bir grafen oksit, çinko ve kobalt çözeltisinden kobalt katkılı van der Waals çinko oksit mıknatısı olarak adlandırılan yeni 2 boyutlu mıknatısı sentezlediler.

Geleneksel bir laboratuvar fırınında sadece birkaç saat pişirme, karışımı, grafen katmanları arasına sıkıştırılmış bir miktar kobalt atomu ile tek bir atomik çinko oksit katmanına dönüştürdü.

Son bir adımda, grafen yakılır ve geride sadece tek bir atomik kobalt katkılı çinko oksit tabakası kalır.

2D Manyetik Kaplin

Kobalt katkılı çinko oksit tek tabakada manyetik kuplajın çizimi. Kırmızı, mavi ve sarı küreler sırasıyla kobalt, oksijen ve çinko atomlarını temsil eder. Kredi bilgileri: Berkeley Laboratuvarı

Yao, “Malzememizle, endüstrinin çözüme dayalı yöntemimizi benimsemesi için büyük bir engel yok” dedi. “Daha düşük maliyetlerle seri üretim için potansiyel olarak ölçeklenebilir.”

Ortaya çıkan 2D filmin sadece bir atom kalınlığında olduğunu doğrulamak için Yao ve ekibi, malzemenin morfolojisini belirlemek için Berkeley Lab Molecular Foundry’de taramalı elektron mikroskobu deneyleri ve malzeme atomunu atom atom araştırmak için transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntüleme gerçekleştirdi.

Berkeley Lab’ın Gelişmiş Işık Kaynağındaki X-ışını deneyleri, 2D malzemenin manyetik parametrelerini yüksek sıcaklık altında tanımladı.

SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nın Stanford Synchrotron Radyasyon Işık Kaynağı’ndaki ek X-ışını deneyleri, sentezlenen 2D mıknatısların elektronik ve kristal yapılarını doğruladı. Argonne Ulusal Laboratuvarı’nın Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi’nde araştırmacılar, 2B malzemenin kristal yapısını ve kimyasal bileşimini görüntülemek için TEM’i kullandılar.

Araştırmacılar, grafen-çinko-oksit sisteminin %5-6 oranında kobalt atomu konsantrasyonuyla zayıf bir şekilde manyetik hale geldiğini buldular. Kobalt atomlarının konsantrasyonunun yaklaşık %12’ye çıkarılması çok güçlü bir mıknatıs ile sonuçlanır.

Şaşırtıcı bir şekilde, %15’i aşan bir kobalt atomu konsantrasyonu, 2B mıknatısı egzotik bir kuantum “hayal kırıklığı” durumuna kaydırır, bu sayede 2B sistem içindeki farklı manyetik durumlar birbiriyle rekabet halindedir.

Ve oda sıcaklığında veya daha yüksek sıcaklıklarda manyetizmalarını kaybeden önceki 2D mıknatısların aksine, araştırmacılar yeni 2D mıknatısın sadece oda sıcaklığında değil, 100 santigrat derece (212 derece Fahrenhayt) sıcaklıkta da çalıştığını buldular.

Chen, “2D manyetik sistemimiz, önceki 2D mıknatıslara kıyasla farklı bir mekanizma gösteriyor” dedi. “Ve bu eşsiz mekanizmanın çinko oksitteki serbest elektronlardan kaynaklandığını düşünüyoruz.”

Gerçek kuzey: Serbest elektronlar manyetik atomları yolda tutar

Bilgisayarınıza bir dosyayı kaydetmesi için komut verdiğinizde, bu bilgiler bilgisayarın manyetik sabit sürücüsü veya flash bellek gibi manyetik belleğinde birler ve sıfırlar dizisi olarak depolanır.

Ve tüm mıknatıslar gibi, manyetik bellek cihazları, yönleri harici bir manyetik alanın yönünü izleyen kuzey ve güney olmak üzere iki kutuplu mikroskobik mıknatıslar içerir. Bu minik mıknatıslar istenilen yönlere çevrildiğinde veriler yazılır veya kodlanır.

Chen’e göre, çinko oksidin serbest elektronları, yeni 2D cihazdaki manyetik kobalt atomlarının aynı yönü göstermeye devam etmesini ve dolayısıyla manyetik kalmasını sağlayan bir aracı görevi görebilir. manyetik olmayan bir malzeme.

“Serbest elektronlar, elektrik akımlarının bileşenleridir. Elektriği iletmek için aynı yönde hareket ediyorlar,” diye ekledi Yao, metallerdeki ve yarı iletkenlerdeki serbest elektronların hareketini bir su akışındaki su moleküllerinin akışıyla karşılaştırdı.

Kırılmadan hemen hemen her şekle bükülebilen ve bir kağıt yaprağından bir milyon kat daha ince olan yeni malzeme, bir elektronun spininin yönünü kullanan yeni bir teknoloji olan spin elektroniği veya spintronik uygulamasının ilerlemesine yardımcı olabilir. verileri kodlamak için ücretinden daha fazla. Chen, “2D mıknatısımız, elektronların dönüşlerini tasarlamak için ultra kompakt spintronik cihazların oluşumunu sağlayabilir” dedi.

Berkeley Laboratuvarı Malzeme Bilimleri Bölümü’nde kıdemli bir bilim adamı ve UC Berkeley’de fizik profesörü olan ortak yazar Robert Birgeneau, “Bu yeni, sağlam, gerçekten iki boyutlu mıknatısın oda sıcaklığında keşfinin gerçek bir atılım olduğuna inanıyorum” dedi. araştırmayı kim birlikte yürüttü.

“Sonuçlarımız beklediğimizden bile daha iyi, bu gerçekten heyecan verici. Bilimde çoğu zaman deneyler çok zorlayıcı olabilir” dedi Yao. “Ama sonunda yeni bir şey fark ettiğinizde, bu her zaman çok tatmin edicidir.”

Referans: Rui Chen, Fuchuan Luo, Yuzi Liu, Yu Song, Yu Dong, Shan Wu, Jinhua Cao, Fuyi Yang, Alpha N’Diaye, “Eş katkılı iki boyutlu van der Waals ZnO’da ayarlanabilir oda sıcaklığında ferromanyetizma”, Padraic Shafer, Yin Liu, Shuai Lou, Junwei Huang, Xiang Chen, Zixuan Fang, Qingjun Wang, Dafei Jin, Ran Cheng, Hongtao Yuan, Robert J. Birgeneau ve Jie Yao, 25 Haziran 2021, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038/s41467-021-24247-w

Makaledeki ortak yazarlar arasında, Advanced Light Source’dan Alpha N’Diaye ve Padraic Shafer; Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley; UC Nehir Kenarı; Argonne Ulusal Laboratuvarı; ve Nanjing Üniversitesi ve Çin Elektronik Bilimi ve Teknolojisi Üniversitesi.

Advanced Light Source ve Molecular Foundry, Berkeley Lab’deki DOE ulusal kullanıcı tesisleridir.

Stanford Synchrotron Radyasyon Işık Kaynağı, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda bir DOE ulusal kullanıcı tesisidir.

Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi, Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda bir DOE ulusal kullanıcı tesisidir.

Bu çalışma, DOE Bilim Ofisi, Intel Corporation ve UC Berkeley’deki Bakar Fellows Programı tarafından finanse edildi.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.