新的二維磁鐵將未來的設備拉近

我們都熟悉電子在原子核周圍拉伸并在分子和材料中形成化學鍵的圖像。但鮮為人知的是電子具有另外的獨特性質：自旋。很難進行類比，但人們可以粗略地將電子自旋描述為圍繞其軸旋轉的旋轉陀螺。但更有趣的是，當電子自旋在材料中對齊時，會導致眾所周知的磁性現(xiàn)象。

技術領域最前沿的領域之一是自旋電子學，這是一項設計和構建設備的實驗性工作 - 例如計算機和存儲器 - 利用電子自旋而不僅僅是電荷的運動(我們稱之為電流) 。但是，這種應用需要新的磁材料具有新特性。例如，如果在極薄的材料層中發(fā)生磁性將是一個巨大的優(yōu)勢- 所謂的二維(2-D)材料包括石墨烯，石墨烯基本上是原子厚的石墨層。

然而，尋找二維磁性材料具有挑戰(zhàn)性。碘化鉻(CrI 3)最近揭示了許多有趣的性質，但它在環(huán)境條件下迅速降解，并且其絕緣性質對自旋電子學應用的方式沒有多大幫助，其中大多數(shù)應用需要金屬和空氣穩(wěn)定的磁性材料。

現(xiàn)在，EPFL的Andras Kis和Oleg Yazyev團隊發(fā)現(xiàn)了一種新的金屬和空氣穩(wěn)定的二維磁鐵：二硒化鉑(PtSe 2)。這一發(fā)現(xiàn)是由Kis實驗室的博士后艾哈邁德·阿夫薩爾(Ahmet Avsar)發(fā)現(xiàn)的，他實際上正在研究其他事情。

為了解釋PtSe 2中磁性的發(fā)現(xiàn)，研究人員首先使用基于密度泛函理論的計算，這是一種模擬和研究具有許多電子的復雜系統(tǒng)結構的方法，如材料和納米結構。的理論分析表明，PTSE的磁性2是由它的表面上的所謂的“缺陷”，這是在原子的排列不規(guī)則性而引起的。“十多年前，我們發(fā)現(xiàn)了石墨烯缺陷的類似情況，但PtSe 2對我們來說是一個驚喜，”Oleg Yazyev說。

研究人員利用強大的磁阻測量技術證實了材料中存在磁性。磁性是令人驚訝的，因為完全結晶的PtSe 2應該是非磁性的。“這是第一次觀察到這種2-D材料中的缺陷引起的磁性，”Andras Kis說。“它將二維鐵磁體的范圍擴展為大規(guī)模數(shù)據(jù)挖掘技術所忽視的材料。”

移除或添加一層PtSe 2足以改變跨越層的自旋對話的方式。更有希望的是，它的磁性，即使在同一層內，也可以通過在其表面上策略性地放置缺陷來進一步操縱 - 這一過程稱為“缺陷工程”，可以通過照射材料的表面來實現(xiàn)。電子或質子束。

“這種超薄金屬磁鐵可以集成到下一代自旋轉移扭矩磁隨機存取存儲器(STT MRAM)設備中，”Ahmet Avsar說。“二維磁鐵可以降低改變磁極性所需的臨界電流，并有助于我們進一步小型化。這些是公司希望解決的主要挑戰(zhàn)。”