Magnet Tertipis Di Dunia Dibuat

Chen dkk . melaporkan pengamatan feromagnetisme suhu kamar pada lapisan tunggal grafit 2D Zn 1-x Co x O (gZCO) dengan stabilitas lingkungan yang kuat; bola merah, biru, dan kuning mewakili atom kobalt, oksigen, dan seng. masing-masing. Kredit gambar: Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley.

Magnet 2D tipis satu atom, yang dibuat oleh Dr. Jie Yao dari University of California, Berkeley, dan Lawrence Berkeley National Laboratory, dan rekan-rekannya, dapat membuat kemajuan besar dalam memori generasi mendatang, komputasi, spintronics, dan fisika kuantum.

“Penemuan ini menarik karena tidak hanya memungkinkan terjadinya magnet 2D pada suhu kamar, tetapi juga mengungkap mekanisme baru untuk mewujudkan bahan magnetik 2D,” tambah Rui Chen, mahasiswa pascasarjana di University of California, Berkeley, dan Lawrence Berkeley. Laboratorium Nasional.

Dr. Yao, Chen dan rekan penulis mereka mensintesis magnet seng-oksida van der Waals yang didoping kobalt dari larutan grafena oksida, seng, dan kobalt. Hanya beberapa jam memanggang dalam oven laboratorium mengubah campuran menjadi satu lapisan atom seng-oksida dengan segelintir atom kobalt yang diapit di antara lapisan graphene.

Pada langkah terakhir, graphene dibakar, hanya menyisakan satu lapisan atom seng-oksida yang didoping kobalt.

“Dengan materi kami, tidak ada hambatan besar bagi industri untuk mengadopsi metode berbasis solusi kami. Ini berpotensi terukur untuk produksi massal dengan biaya lebih rendah,” kata Dr. Yao.

Untuk memastikan bahwa film 2D yang dihasilkan hanya setebal satu atom, para peneliti melakukan percobaan pemindaian mikroskop elektron untuk mengidentifikasi morfologi material, dan pencitraan mikroskop elektron transmisi untuk menyelidiki atom material demi atom.

Dengan bukti di tangan bahwa bahan 2D mereka benar-benar hanya setebal atom, mereka menunjukkan bahwa magnet berhasil beroperasi pada suhu kamar.

Secara keseluruhan, percobaan menunjukkan bahwa sistem graphene-seng-oksida menjadi magnet lemah dengan konsentrasi atom kobalt 5-6%. Meningkatkan konsentrasi atom kobalt menjadi sekitar 12% menghasilkan magnet yang sangat kuat.

Yang mengejutkan tim, konsentrasi atom kobalt yang melebihi 15% menggeser magnet 2D menjadi keadaan kuantum eksotis 'frustrasi', di mana keadaan magnet yang berbeda dalam sistem 2D saling bersaing.

Dan tidak seperti magnet 2D sebelumnya, yang kehilangan daya magnetnya pada suhu kamar atau lebih, para ilmuwan menemukan bahwa magnet baru tidak hanya bekerja pada suhu kamar tetapi juga pada 100 derajat Celcius (212 derajat Fahrenheit).

“Sistem magnetik 2D kami menunjukkan mekanisme yang berbeda dibandingkan dengan magnet 2D sebelumnya. Dan kami pikir mekanisme unik ini disebabkan oleh elektron bebas dalam seng oksida,” kata Chen.

Tim kerja diterbitkan dalam jurnal Nature Communications.