Enhetens struktur och grundläggande karaktärisering. a, En AFM-bild av enhet A. Höjdskala, ±40 nm. Efter den svarta fasta linjen, vi mätte en höjd av 5,2 nm och en bredd på 0,6 µm för den här enheten. b, V BG beroende av I SD mätt vid fast V SD värden. c, Utmatningsegenskaper för enheten som en funktion av V SD vid ett fast V BG på 0 V. Alla laddningstransportmätningar utfördes vid 1,5 K. Kredit:DOI:10.1038/s41565-019-0467-1
Vi är alla bekanta med bilden av elektroner som zippar runt en atomkärna och bildar kemiska bindningar i molekyler och material. Men det som är mindre känt är att elektroner har en ytterligare unik egenskap:snurr. Det är svårt att göra en analogi, men man kan grovt beskriva elektronspin som en snurrande topp som roterar runt sin axel. Men det som är ännu mer intressant är att när spinn av elektroner samsas i ett material leder detta till det välkända fenomenet magnetism.
Ett av de mest banbrytande områdena inom teknik är spintronics, ett fortfarande experimentellt försök att designa och bygga enheter – som datorer och minnen – som körs på elektronspin snarare än bara laddningarnas rörelse (som vi känner som elektrisk ström). Men sådana applikationer kräver nya magnetiska material med nya egenskaper. Till exempel, det skulle vara en stor fördel om magnetism förekommer i ett extremt tunt materialskikt-de så kallade tvådimensionella (2-D) materialen som inkluderar grafen, som i grunden är ett atomtjockt lager av grafit.
Dock, att hitta magnetiska 2D-material är utmanande. Kromjodid (CrI 3 ) avslöjade nyligen många intressanta egenskaper, men det försämras snabbt under omgivande förhållanden och dess isolerande karaktär lovar inte mycket för spintronikapplikationer, varav de flesta kräver metalliska och luftstabila magnetiska material.
Nu, grupperna av Andras Kis och Oleg Yazyev på EPFL har hittat en ny metallisk och luftstabil 2-D magnet:platina diselenide (PtSe 2 ). Upptäckten gjordes av Ahmet Avsar, en postdoc i Kis labb, som faktiskt tittade på något helt annat.
För att förklara upptäckten av magnetism i PtSe 2 , forskarna använde först beräkningar baserade på densitetens funktionella teori, en metod som modellerar och studerar strukturen hos komplexa system med många elektroner, som material och nanostrukturer. Den teoretiska analysen visade att magnetismen hos PtSe 2 orsakas av de så kallade "defekterna" på ytan, som är oegentligheter i arrangemanget av atomer. "För mer än ett decennium sedan, vi hittade ett något liknande scenario för defekter i grafen, men PtSe 2 var en total överraskning för oss, "säger Oleg Yazyev.
Forskarna bekräftade närvaron av magnetism i materialet med en kraftfull magneto-resistansmätningsteknik. Magnetismen var överraskande, sedan helt kristallint PtSe 2 antas vara omagnetisk. "Detta är första gången som defektinducerad magnetism i denna typ av 2D-material observeras, " säger Andras Kis. "Det utökar utbudet av 2-D ferromagneter till material som annars skulle förbises av massiva databasutvinningstekniker."
Ta bort eller lägg till ett lager PtSe 2 räcker för att ändra hur snurrar pratar med varandra över lager. Och det som gör det ännu mer lovande är det faktum att dess magnetism, även inom samma lager, kan manipuleras ytterligare genom att strategiskt placera defekter över dess yta - en process som kallas "defect engineering" som kan åstadkommas genom att bestråla materialets yta med elektron- eller protonstrålar.
"Sådana ultratunna metalliska magneter skulle kunna integreras i nästa generations spin-transfer vridmoment magnetiska slumpmässiga åtkomstminne (STT MRAM) enheter", säger Ahmet Avsar. "2-D magneter kan minska den kritiska ström som krävs för att ändra magnetisk polaritet, och hjälpa oss med ytterligare miniatyrisering. Det här är de stora utmaningarna som företagen hoppas kunna lösa. "
