El cloruro de cromo y el bromuro de cromo se conocían en el pasado como haluros de metales de transición con magnetización en el plano y fuera del plano. Investigadores del Boston College han descubierto una forma de hacer haluros mixtos con toda la composición entre estos dos parámetros. El resultado de esta "química de haluros mixtos" fue una combinación de cloruro de cromo y bromuro en la que los ajustes de la relación de cloro a bromo se pueden variar continuamente. El equipo observó un cambio continuo de magnetización de dentro del plano a fuera del plano a medida que ajustaba la relación. En la imagen se muestran pequeños cristales de haluros mezclados de cromo con diferentes proporciones de cloro a bromo. Crédito:Fazel Tafti, Boston College
Físicos farmacia, y los científicos de materiales han estado investigando la naturaleza de los materiales magnéticos en capas durante varias décadas, buscando pistas sobre las propiedades de estos materiales que sean más complejas de lo que parecen.
El material en capas se asemeja a la estructura de un libro. Desde una distancia, parece un objeto tridimensional sólido, pero cuando se examina más de cerca, está hecho del apilamiento de muchos planos, hojas bidimensionales similares a las páginas de un libro.
Durante la última década, Los científicos han buscado la "exfoliación" de materiales magnéticos en capas, un proceso mediante el cual un material se escinde sistemáticamente hasta que se aísla una sola hoja atómica.
Una sola hoja atómica de un material en capas magnéticas permite a los investigadores fabricar atómicamente planos, dispositivos magnéticos ultrafinos. Como ejemplo, Los científicos han construido memorias magnéticas ultrafinas:láminas atómicas individuales donde la información se almacena en la orientación direccional de la magnetización de los átomos.
La magnetización de un material en capas generalmente se orienta en paralelo o perpendicular al plano de los átomos. En otras palabras, la magnetización tiende a apuntar "en el plano" o "fuera del plano", lo que indica lo que se conoce como anisotropía magnética.
Hasta aquí, los científicos sólo conocían los límites en el plano o fuera del plano de la anisotropía magnética. En otras palabras, la capacidad de controlar la orientación del magnetismo se definió solo por los dos parámetros de anisotropía.
En un nuevo informe en Materiales avanzados , Los investigadores del Boston College demuestran que la anisotropía magnética se puede ajustar continuamente entre los dos límites de dentro y fuera del plano. El equipo informa que logró este avance en el campo de los dispositivos magnéticos ultradelgados al apuntar con éxito la magnetización hacia cualquier dirección del espacio en lugar de solo en el plano o fuera del plano.
"Además de la dirección de magnetización, Nuestro equipo demostró que todas las propiedades de estos materiales en capas, incluida la absorción de luz, distancia entre las capas, y la temperatura de la transición magnética se puede controlar continuamente a cualquier valor deseado, ", dijo el profesor asistente de física de Boston College, Fazel Tafti, autor principal del artículo. "Este es un avance en el ajuste de las propiedades de los materiales para la industria de dispositivos ópticos y magnéticos".
Para hacer el material, un equipo dirigido por Tafti y el profesor asociado de física del Boston College Kenneth Burch desarrolló un enfoque de "química de haluros mixtos" en el que los investigadores combinaron diferentes átomos de haluros, como cloro o bromo, alrededor de un metal de transición como el cromo.
Ajustando la composición relativa del cloro al bromo, los investigadores pudieron ajustar un parámetro interno a nivel atómico conocido como acoplamiento espín-órbita que es la fuente de anisotropía magnética, dijo Tafti.
La metodología de ajuste permite la ingeniería de la cantidad de acoplamiento espín-órbita y la orientación de la anisotropía magnética a nivel atómico, informó el equipo.
Tafti dijo que el avance de este tipo de materiales formará la base de los dispositivos magnéticos ultradelgados de próxima generación. En el futuro, Es posible que algún día estos dispositivos sustituyan a los transistores y chips eléctricos que se utilizan en la actualidad. Debido a su escala atómica, Tafti dijo:Es probable que los avances adicionales reduzcan el tamaño de los dispositivos magnéticos, ya que las capacidades permiten que la información magnética se componga en estas hojas atómicamente planas.
"De aquí, Continuaremos ampliando las fronteras de los materiales en capas magnéticas mediante la fabricación de haluros mixtos de metales de transición distintos del cromo. ", dijo Tafti." Nuestro equipo demostró que la química de haluros mixtos no se limita al cromo y se puede generalizar a más de 20 otros metales de transición. El co-líder del proyecto, Kenneth Burch, está tratando de interconectar artificialmente diferentes capas magnéticas para que las propiedades de una capa afecten a la adyacente. Dichos metamateriales pueden cambiar la propagación de la luz en una capa en función de la dirección del magnetismo en la capa vecina y viceversa, una propiedad conocida como efecto magnetoóptico ".
