Наномагниты вырастают в двухмерных межзеренных границах

Если сжать атомы, сок из них выжать не получится. Зато получится создать магниты.

Согласно новой теории ученых из университета Райса, недостаток определенных двумерных материалов создает условия, при которых возникают наномасштабные магнитные поля.

Вычисления, проведенные физиком Борисом Якобсоном, показали, что эти дефекты, получившие название межзеренных границ, в двумерных полупроводящих материалах, известных как дихалькогениды, могут быть магнитными. Это может привести к новым стратегиям для растущей области спинтроники, в которой используется спин электронов и связанные магнитные поля для электронных и вычислительных устройств.

Открытие Якобсона, ведущего автора публикации Чжуа Чжанга и их коллег опубликовано в издании ACS Nano.

Дихалькогениды — гибриды, которые сочетают атомы металла и халькогена. Последний включает серу, селен и теллур. Группа Якобсона сосредоточилась на полупроводниковом дисульфиде молибдена, который, подобно графену, может быть выращен методом химического парового осаждения. В специальной печи атомы упорядочиваются вокруг катализатора, помещенного в обычный шестиугольный шаблон. В случае с дисульфидом молибдена атомы серы в решетке поочередно плавают выше и ниже молибденового слоя.

Когда встречаются сразу два растущих слоя, они не выстраиваются в линию, и атомы находят способ соединиться вдоль межзеренной границы. Вместо обычных шестиугольников они вынуждены находить равновесие, формируя смежные кольца, известные как дислокации, с количеством узлов 5+7 или 4+8.

В графене, который считается самым прочным материалом на планете, эти дислокации являются слабыми местами. Но в дисульфиде молибдена или других дихалькогенидах они обладают уникальными свойствами.

«Не важно, как вы их выращиваете», сказал Якобсон. „Эти дезориентированные области в итоге сталкиваются, формируя технологические дефекты. Все это приводит к тому, что они буквально выжимают магнетизм из антимагнитного материала“.

Ранее Якобсон выяснил, сто дислокации формируют проводящие линии шириной в атом и дрейдлообразные многогранники в дисульфиде молибдена. На сей раз, исследовательская группа пошла дальше и установила, что ядра дислокаций стали магнитными, вынуждая вращающиеся электроны выравниваться способами, которые не взаимоисключают друг друга, поскольку происходит все в безупречной решетке. Мощность магнитов зависит от угла границы и возрастает с числом дислокаций, необходимых для сохранения материала энергетически стабильным.

«Каждый электрон обладает зарядом и спином, и оба они могут нести информацию», отметил Чжанг. „Однако в обычных транзисторах мы используем лишь заряд. В новых спинтронных устройствах нам требуется контролировать и заряд, и спин для повышения эффективности и обогащения функций“.

«Наша работа предлагает новую степень свободы для электроники, использующей дисульфид молибдена», сказал Якобсон. „Способность управлять магнитными свойствами этого двумерного материала в определенных обстоятельствах делает его лучше графена“.

По его словам, кольца дислокации из четырех и восьми атомов не являются энергетически благоприятными в графене, и вряд ли будут иметь в нем место. Но в материалах, где смешаны два элемента, определенные конфигурации межзеренных границ с высокой вероятностью сформируют условия, в которых подобные элементы, желая избежать контакта друг с другом, вместо этого сформируют связи с химическими противоположностями.

«Система избегает моноэлементных связей», сказал Якобсон. „Химически это не благоприятно, а потому схема четыре-восемь оказывается выгодной“. Такие дефекты также являются мощнейшими источниками магнетизма при определенных углах межзеренной границы, при этом под некоторыми углами границы становятся ферромагнитными.

Ученые доказали свою гипотезу с помощью компьютерных симуляций, разработанных для изоляции и управления эффектами граней нанолент и диполей межзеренных границ, которые могли исказить итоговые результаты. Также ученые решили, что углы межзеренной границы в диапазоне 13-32 градусов ускоряют прогрессивное перекрытие спинов дислокаций. Со значительным перекрытием спины становятся магнитно спаренными и расширяются в электронные группы, поддерживающие спинполяризованный перенос заряда вдоль границы.

А пока, как заметил Якобсон, «проблема заключается в обнаружении пути экспериментального выявления всех гипотетических предположений. Весьма сложно сделать это в данном пространственном разрешении, особенно когда некоторые экспериментальные методы, такие как электронные лучи, способны разрушить материал».

15.11.2013


Подписаться в Telegram



Нано

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса