従来のラボオーブンで焼くと、混合物が酸化亜鉛の単一原子層に変化し、グラフェンの層の間にコバルト原子がわずかに挟まれました。 最後のステップで、グラフェンは燃え尽き、コバルトをドープした酸化亜鉛の単一の原子層だけが残ります。
「私たちは、周囲条件下で化学的に安定した室温の2D磁石を初めて製造しました」と、カリフォルニア大学バークレー校の材料科学および工学の准教授であるバークレー研究所の材料科学部門の教員科学者であるJieYaoは述べています。
カリフォルニア大学バークレー校の八尾研究グループの大学院生であるルイ・チェンは、次のように述べています。
新しい材料は、壊れることなくほぼすべての形状に曲げることができ、2枚の紙よりもXNUMX万倍薄いため、データをエンコードするために電荷ではなく電子のスピンの向きを使用するスピンエレクトロニクスまたはスピントロニクスのアプリケーションを進めることができます。 「私たちのXNUMXD磁石は、電子のスピンを操作するための超小型スピントロニクスデバイスの形成を可能にするかもしれません」とChen氏は述べています。
多くの磁性薄膜がありますが、これらはまだ数百または数千原子の厚さの3D材料です。
「最先端の2D磁石は、機能するために非常に低い温度を必要とします。 しかし、実際的な理由から、データセンターは室温で稼働する必要があります」とYao氏は述べています。 「私たちの2D磁石は、室温以上で動作する最初の磁石であるだけでなく、真の2D限界に到達した最初の磁石でもあります。XNUMXつの原子と同じくらい薄いのです。」
グラフェン-酸化亜鉛系は、コバルト原子の濃度が6％になると弱磁性になります。 コバルト原子の濃度を約12％に増やすと、非常に強力な磁石が得られます。
15％のコバルト原子の濃度を超えると、2D磁石がエキゾチックな量子状態にシフトし、2Dシステム内のさまざまな磁気状態が互いに競合します。
また、室温以上で磁性を失う以前の2D磁石とは異なり、研究者たちは、新しい2D磁石が室温だけでなく、摂氏100度（華氏212度）でも機能することを発見しました。
「私たちの2D磁気システムは、以前の2D磁石と比較して明確なメカニズムを示しています」とChen氏は述べています。 「そして、このユニークなメカニズムは、酸化亜鉛の自由電子によるものだと思います。」
「私たちの資料では、業界が私たちのソリューションベースの方法を採用するのに大きな障害はありません」と八尾氏は述べています。 「低コストで大量生産できるように拡張できる可能性があります。」
得られた2Dフィルムの厚さがわずかXNUMX原子であることを確認するために、八尾氏と彼のチームは、バークレー研究所の分子鋳造所で走査型電子顕微鏡実験を行って材料の形態を特定し、透過型電子顕微鏡（TEM）イメージングを行って材料を原子ごとに調べました。
SLAC国立加速器研究所のスタンフォードシンクロトロン放射光源での追加のX線実験により、合成された2D磁石の電子構造と結晶構造が検証されました。 また、アルゴンヌ国立研究所のナノスケール材料センターでは、研究者はTEMを使用して2D材料の結晶構造と化学組成を画像化しました。
「室温でこの新しい堅牢な真のXNUMX次元磁石が発見されたことは、真のブレークスルーだと思います」と、共著者であるバークレー校の材料科学部門の上級科学者であり、カリフォルニア大学バークレー校の物理学教授であるロバートビルゲノーは述べています。誰が研究を共同で主導したか。
「私たちの結果は私たちが期待したものよりもさらに良く、それは本当にエキサイティングです。 科学のほとんどの場合、実験は非常に困難な場合があります」と八尾氏は述べています。 「しかし、最終的に何か新しいことに気付いたとき、それは常に非常に充実しています。」