För några månader sedan, ett team av forskare från National Institute of Standards and Technology (NIST) rapporterade något överraskande om ett 2-D magnetiskt material:Beteende som länge hade antagits bero på vibrationer i gallret-atomernas inre struktur i materialet i sig - beror faktiskt på en våg av snurrande oscillationer.

Denna vecka, samma grupp beskriver en annan överraskande upptäckt i ett annat 2-D magnetiskt material:Beteende som antas bero på en våg av spinnoscillationer beror faktiskt på vibrationer i gitteret.

Arbetet, publicerad i Naturkommunikation , är ytterligare bevis på att NIST-teamets unika experimentella förmågor spelar en avgörande roll som ett undersökningsverktyg för forskare som studerar dessa 2-D-magneter.

Vågor av spinnoscillationer innebär förändringar av en kvantegenskap hos atomer som kallas spin; funktionen som gör magneter magnetiska. Om du tänker på varje atom som en kompass, då är snurr (metaforiskt) kompassens nål. I denna metafor, dock, snurren kan peka både norr (upp) och söder (ned). I vissa material, spin kan "vända" från en metaforisk riktning till en annan.

Experimentet använde Raman -spektroskopi, en teknik som sonderar ett prov med laserljus och sedan mäter hur det ljuset sprids av provet. Detta kan avslöja information om ett 2-D-material som dess struktur, defekter, doping, antal lager och koppling mellan lagren, och mer. Det specialdesignade Raman-systemet på NIST lägger till möjligheten att samtidigt spåra det spridda ljuset som en funktion av både temperatur och magnetfält.

Genom att manipulera temperaturen och magnetfältet medan Raman -signalen mäts kan forskare identifiera om de observerar gittervibrationer eller spinnvågor. Vidare, i detta nya papper forskare rapporterar att de kan spåra snurr i ett enda lager när snurren "vänder" till en ny riktning.

Forskare vet att det beteende de hittade är inneboende i själva materialet eftersom Raman-spektroskopi tillåter dem att undersöka 2-D-materialet icke-invasivt, utan tillägg av elektroniska kontakter som kan påverka resultaten.

"Våra data visar tydliga funktioner som identifierar en magnetisk fasövergång i materialet med hjälp av ljus som en sond, "Hight Walker sa." Lager för lager, vi observerar snurr som ändrar deras riktning. "

Betydelsen av 2-D magneter

Vissa material består av lager som interagerar mycket svagt, som gör det möjligt för forskare att dra isär eller isolera enskilda lager och komma åt atomtunna (i storleksordningen några nanometer) 2-D-ark. Till exempel, grafen var det första 2-D-materialet som isolerades från grafit med hjälp av en vidhäftande yta för att avlägsna ett enda lager med en atom tjock.

Dessa material kallas 2-D eftersom, medan de kan vara relativt breda - på skalan av mikrometer - de är också extremt tunna - lika tunna som en enda atom eller 100, 000 gånger mindre än ett människohår. Den egenskapen möjliggör mer anpassningsbarhet än 3D-material. Dramatiska skillnader kan ses mellan ett och till och med så få som två lager av samma material.

Men tills nyligen, ingen trodde att skiktade material kan vara magnetiska när du minskar deras storlek ner till 2-D-gränsen. Sedan, för bara ett par år sedan, det upptäcktes att några av dem kunde, faktiskt, behålla sitt magnetiska beteende i ett enda lager, och 2-D-magneter blev ett hett forskningsämne.

Det NIST-ledda arbetet, gjort i samarbete med forskare från Ohio State University, Towson University, Penn State University, University of Arkansas, och National Institute of Materials Science i Japan, involverar ett 2-D-material som kallas kromtriiodid (CrI3), som har lovande egenskaper som en dag kan manipuleras för att göra enheter användbara för kvantberäkning.

Ju mer forskare lär sig om dessa 2-D-material, ju närmare de är att förverkliga potentiella applikationer, särskilt inom nästa generations elektronik och till och med kvantinformation.

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NIST. Läs den ursprungliga historien här.