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仅有一个原子的厚度!科学家创造出世界上最薄的磁铁,或开启量子物理学新赛道

前瞻网    2021-07-21 10:53

 

在室温下运行的超薄磁铁的开发可能会带来计算和电子领域的新应用——例如高密度、紧凑的自旋电子存储设备——以及用于研究量子物理学的新工具。

最近在《自然·通讯》杂志上报道的超薄磁铁可以在下一代存储器、计算、自旋电子学和量子物理学方面取得重大进展。它是由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的科学家发现的。

资深作者姚杰(音译)教授表示,“我们是第一个制造出在环境条件下化学性质稳定的室温二维磁体的人,”他是伯克利实验室材料科学部教员科学家,以及加州大学伯克利分校材料科学与工程副教授。

仅有一个原子的厚度!科学家创造出世界上最薄的磁铁,或开启量子物理学新赛道

图解钴掺杂氧化锌单层中的磁耦合。红色、蓝色和黄色球体分别代表钴、氧和锌原子。

图源:伯克利实验室

“这一发现令人兴奋,因为它不仅使室温下的 2D 磁性成为可能,而且还揭示了实现 2D 磁性材料的新机制,”加州大学伯克利分校姚研究组研究生、该研究的第一作者陈锐(音译)补充道。

当今存储设备的磁性组件通常由磁性薄膜制成。但在原子水平上,这些磁性薄膜仍然是三维的——数百或数千个原子厚。几十年来,研究人员一直在寻找制造更薄更小的二维磁体的方法,从而使数据能够以更高的密度存储。

此前在二维磁性材料领域取得的成果带来了可喜的成果。但是这些早期的 2D 磁铁会失去磁性并在室温下变得化学不稳定。

“最先进的二维磁铁需要非常低的温度才能发挥作用。但出于实际原因,数据中心需要在室温下运行,”姚杰说。“从理论上讲,我们知道磁铁越小,磁盘的潜在数据密度就越大。我们的 2D 磁铁不仅是第一个在室温或更高温度下运行的磁铁,而且还是第一个达到真正 2D 极限的磁铁:它是像单个原子一样薄!”

研究人员表示,他们的发现也将为研究量子物理学提供新的机会。“我们的原子薄磁铁为探索量子世界提供了一个最佳平台,”姚杰说。“它打开了每一个原子进行检查,这可能揭示量子物理学如何控制每一个磁性原子以及它们之间的相互作用。对于大多数磁性原子深埋在材料内部的传统大块磁铁,这样的研究将是相当具有挑战性。”

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