Il y a quelques mois, une équipe de scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) a rapporté quelque chose de surprenant à propos d'un matériau magnétique 2D :un comportement qui a longtemps été présumé être dû aux vibrations dans le réseau - la structure interne des atomes dans le matériau lui-même - est en fait dû à une vague d'oscillations de spin.

Cette semaine, le même groupe décrit une autre découverte surprenante dans un matériau magnétique 2D différent :le comportement présumé être dû à une vague d'oscillations de spin est en fait dû à des vibrations dans le réseau.

L'oeuvre, Publié dans Communication Nature , est une preuve supplémentaire que les capacités expérimentales uniques de l'équipe du NIST jouent un rôle central en tant qu'outil d'investigation pour les scientifiques qui étudient ces aimants 2D.

Les ondes d'oscillations de spin impliquent des modifications d'une propriété quantique des atomes appelée spin; la caractéristique qui rend les aimants magnétiques. Si vous pensez à chaque atome comme étant une boussole, alors spin est (métaphoriquement) l'aiguille de la boussole. Dans cette métaphore, cependant, la rotation peut pointer à la fois vers le nord (vers le haut) et vers le sud (vers le bas). Dans certains matériaux, le spin peut « basculer » d'une direction métaphorique à une autre.

L'expérience a utilisé la spectroscopie Raman, une technique qui sonde un échantillon avec une lumière laser, puis mesure la façon dont cette lumière est diffusée par l'échantillon. Cela peut révéler des informations sur un matériau 2D telles que sa structure, défauts, se doper, nombre de couches et couplage entre les couches, et plus. Le système Raman conçu sur mesure au NIST ajoute la possibilité de suivre simultanément la lumière diffusée en fonction à la fois de la température et du champ magnétique.

Manipuler la température et le champ magnétique tout en mesurant le signal Raman permet aux scientifiques d'identifier s'ils observent des vibrations de réseau ou des ondes de spin. Par ailleurs, dans ce nouvel article, les chercheurs rapportent qu'ils peuvent suivre les spins au sein d'une seule couche alors que les spins "tournent" dans une nouvelle direction.

Les scientifiques savent que le comportement qu'ils ont trouvé est intrinsèque au matériau lui-même, car la spectroscopie Raman leur permet d'étudier le matériau 2D de manière non invasive, sans l'ajout de contacts électroniques qui pourraient influencer les résultats.

"Nos données montrent des caractéristiques claires qui identifient une transition de phase magnétique dans le matériau en utilisant la lumière comme sonde, " Hight Walker a déclaré. "Couche par couche, nous observons des rotations changer de direction."

L'importance des aimants 2D

Certains matériaux sont composés de couches qui interagissent très faiblement, qui permet aux scientifiques de séparer ou d'isoler des couches individuelles et d'accéder à des feuilles 2D atomiquement minces (de l'ordre de quelques nanomètres). Par exemple, Le graphène a été le premier matériau 2D isolé du graphite en utilisant une surface adhésive pour décoller une seule couche d'un atome d'épaisseur.

Ces matériaux sont appelés 2-D parce que, alors qu'ils peuvent être relativement larges - à l'échelle du micromètre - ils sont également extrêmement minces - aussi minces qu'un seul atome ou 100, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. Cette propriété permet plus de personnalisation que les matériaux 3D. Des différences dramatiques peuvent être observées entre une et même aussi peu que deux couches du même matériau.

Mais jusqu'à récemment, personne ne pensait que les matériaux en couches pouvaient être magnétiques lorsque vous réduisez leur taille à la limite 2-D. Puis, il y a quelques années à peine, on a découvert que certains d'entre eux pouvaient, En réalité, garder leur comportement magnétique en une seule couche, et les aimants 2D sont devenus un sujet de recherche brûlant.

Le travail dirigé par le NIST, réalisé en collaboration avec des scientifiques de l'Ohio State University, Université de Towson, Université d'État de Pennsylvanie, l'Université de l'Arkansas, et l'Institut national des sciences des matériaux au Japon, implique un matériau 2-D appelé triiodure de chrome (CrI3), qui a des propriétés prometteuses qui pourraient un jour être manipulées pour rendre des appareils utiles pour l'informatique quantique.

Plus les scientifiques en apprennent sur ces matériaux 2D, plus ils sont proches de la réalisation d'applications potentielles, en particulier dans l'électronique de nouvelle génération et même dans l'information quantique.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.