Ученые впервые исследовали магнитные свойства двумерных материалов

21 сентября 2020
37

Международная группа исследователей из Австралии, России и Китая показала, что магнитные свойства ультратонких материалов можно исследовать с помощью нового метода микроскопии. Полученные результаты закладывают основы для изучения новых двумерных магнитных материалов, которые смогут найти применение в самых разных областях. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.

Ценность данного открытия состоит в том, что, в отличие от существующих методов описания характеристик трехмерных магнитов, новый метод позволяет работать с двумерными материалами, имеющими толщину порядка нескольких атомов, такими как, например, графен.

«Прямых методов исследования магнитных свойств двумерных материалов до сих пор не существовало», – рассказывает представитель Физической школы и Центра квантовых вычислений и коммуникационных технологий при Мельбурнском университете д-р Жан-Филипп Тетьен. «Представьте себе, что вы вешаете на дверцу холодильника не обычный сувенирный магнитик, а тонкую пластину из двумерного материала. До настоящего времени не существовало способа, позволяющего определить, насколько сильно двумерный материал «приклеивается» к поверхности, а ведь именно это является самым важным свойством магнитного материала». 

Для решения задачи группа ученых под руководством профессора Ллойда Холленберга использовала свою последнюю разработку – широкоугольный микроскоп на основе алмаза, обладающий необходимым уровнем чувствительности и пространственного разрешения для измерения прочности двумерных материалов. «Принцип этого метода заключается в том, что регистрация магнитного поля двумерного материала обеспечивается за счет чрезвычайно малого расстояния между материалом и крошечными магнитными датчиками, которые представляют собой так называемые азотно-вакансионные центры, являющиеся по сути атомными дефектами в алмазе», – поясняет профессор Холленберг.

Для проверки нового метода ученые решили использовать трииодид ванадия (VI3), поскольку известно, что крупные трехмерные фрагменты из этого материала являются сильными магнитами. Используя свой новый микроскоп, ученые показали, что VI3 в виде двумерных листов также обладает магнитными свойствами, но, как магнит, он почти вдвое слабее его трехмерного аналога. Проще говоря, двумерный VI3 было бы в два раза легче снять с дверцы холодильника, чем трехмерный.

«Мы были несколько удивлены этим результатом, поэтому сейчас пытаемся разобраться, почему двумерный VI3 уступает трехмерному по силе магнитного поля. Ответ на этот вопрос имеет важное значение с точки зрения перспектив практического применения двумерных материалов», – добавляет д-р Тетьен. Профессор Сколтеха Артем Оганов считает, что полученные учеными результаты создают предпосылки для появления новых технологий: «Еще несколько лет назад ученые мало верили в существование двумерных магнитов. Открытие двумерного ферромагнетика VI3 свидетельствует о том, что уже появился целый класс новых интересных материалов, а это значит, что в скором времени появятся и новые технологии для исследования свойств и возможностей применения этих материалов на практике». В ближайшем будущем ученые планирует использовать свой микроскоп для исследования других двумерных магнитов, а также более сложных структур, включая материалы, которые, как ожидается, будут играть ключевую роль в создании энергоэффективной электроники будущего.