Nướng trong lò phòng thí nghiệm thông thường đã biến hỗn hợp này thành một lớp kẽm-oxit đơn nguyên tử với một lượng nguyên tử coban nằm giữa các lớp graphene. Ở bước cuối cùng, graphene bị đốt cháy đi, chỉ để lại một lớp kẽm oxit pha tạp chất coban đơn nguyên tử.
Jie Yao, một nhà khoa học tại Phòng Khoa học Vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley và là phó giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại UC Berkeley cho biết: “Chúng tôi là người đầu tiên chế tạo nam châm 2D ở nhiệt độ phòng, ổn định về mặt hóa học trong điều kiện môi trường xung quanh.
Rui Chen, một sinh viên tốt nghiệp UC Berkeley trong Nhóm nghiên cứu Yao cho biết: “Khám phá này rất thú vị vì nó không chỉ làm cho từ tính 2D có thể ở nhiệt độ phòng mà còn khám phá ra một cơ chế mới để nhận ra vật liệu từ tính 2D”.
Vật liệu mới có thể được uốn cong thành hầu hết mọi hình dạng mà không bị vỡ, và mỏng hơn một triệu lần so với một tờ giấy có thể giúp thúc đẩy ứng dụng của điện tử spin hoặc spintronics sử dụng định hướng của spin của electron thay vì điện tích của nó để mã hóa dữ liệu. Chen cho biết: “Nam châm 2D của chúng tôi có thể cho phép hình thành các thiết bị điện tử siêu nhỏ gọn để thiết kế các vòng quay của các electron.
Có rất nhiều màng mỏng từ tính nhưng đây vẫn là những vật liệu 3D có độ dày hàng trăm hoặc hàng nghìn nguyên tử.
“Nam châm 2D tiên tiến nhất cần nhiệt độ rất thấp để hoạt động. Nhưng vì những lý do thực tế, một trung tâm dữ liệu cần phải chạy ở nhiệt độ phòng, ”Yao nói. “Nam châm 2D của chúng tôi không chỉ là nam châm đầu tiên hoạt động ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn, mà còn là nam châm đầu tiên đạt đến giới hạn 2D thực sự: Nó mỏng như một nguyên tử”.
Hệ thống graphene-kẽm-oxit trở nên có từ tính yếu với nồng độ 6 phần trăm nguyên tử coban. Tăng nồng độ nguyên tử coban lên khoảng 12 phần trăm sẽ tạo ra một nam châm rất mạnh.
Vượt quá nồng độ 15% nguyên tử coban sẽ chuyển nam châm 2D sang một trạng thái lượng tử kỳ lạ, nơi các trạng thái từ khác nhau trong hệ 2D cạnh tranh với nhau.
Và không giống như các nam châm 2D trước đây, mất từ tính ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nam châm 2D mới không chỉ hoạt động ở nhiệt độ phòng mà còn ở 100 độ C (212 độ F).
Chen cho biết: “Hệ thống từ tính 2D của chúng tôi cho thấy một cơ chế khác biệt so với các nam châm 2D trước đây. "Và chúng tôi nghĩ rằng cơ chế độc đáo này là do các điện tử tự do trong oxit kẽm."
Yao cho biết: “Với vật liệu của chúng tôi, không có trở ngại lớn nào để ngành công nghiệp áp dụng phương pháp dựa trên giải pháp của chúng tôi. "Nó có khả năng mở rộng để sản xuất hàng loạt với chi phí thấp hơn."
Để xác nhận rằng bộ phim 2D thu được chỉ dày một nguyên tử, Yao và nhóm của ông đã tiến hành các thí nghiệm quét kính hiển vi điện tử tại Xưởng đúc phân tử của Phòng thí nghiệm Berkeley để xác định hình thái của vật liệu và chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử (TEM) để thăm dò nguyên tử vật liệu.
Các thí nghiệm tia X bổ sung tại Nguồn bức xạ Synchrotron của Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia SLAC của Phòng thí nghiệm Stanford đã xác minh cấu trúc điện tử và tinh thể của nam châm 2D tổng hợp. Và tại Trung tâm Vật liệu kích thước nano của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, các nhà nghiên cứu đã sử dụng TEM để hình ảnh cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của vật liệu 2D.
Đồng tác giả Robert Birgeneau, một nhà khoa học cấp cao tại Phòng Khoa học Vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley và là giáo sư vật lý tại UC Berkeley, cho biết: “Tôi tin rằng việc phát hiện ra nam châm hai chiều mới, mạnh mẽ, thực sự này ở nhiệt độ phòng. người đồng dẫn đầu cuộc nghiên cứu.
“Kết quả của chúng tôi thậm chí còn tốt hơn những gì chúng tôi mong đợi, điều này thực sự rất thú vị. Hầu hết thời gian trong khoa học, các thí nghiệm có thể rất khó khăn, ”Yao nói. "Nhưng cuối cùng khi bạn nhận ra một điều gì đó mới, nó luôn rất viên mãn."