Se utiliza un sensor cuántico de diamante para determinar las propiedades magnéticas de las capas atómicas individuales del material triyoduro de cromo de manera cuantitativa. Se demostró que la dirección de los giros en capas sucesivas se alternan en las capas. Crédito:Universidad de Basilea, Departamento de Física
Por primera vez, Los físicos de la Universidad de Basilea han logrado medir las propiedades magnéticas de materiales de van der Waals atómicamente delgados a nanoescala. Utilizaron sensores cuánticos de diamantes para determinar la fuerza de magnetización de capas atómicas individuales del material triyoduro de cromo. Además, encontraron una explicación largamente buscada para las inusuales propiedades magnéticas del material. El periódico Ciencias ha publicado los hallazgos.
El uso de atómicamente delgado, Los materiales bidimensionales de van der Waals prometen innovaciones en numerosos campos de la ciencia y la tecnología. Los científicos de todo el mundo están explorando constantemente nuevas formas de apilar diferentes capas atómicas individuales y, por lo tanto, diseñar nuevos materiales con materiales únicos, propiedades emergentes.
Estos materiales compuestos superfinos se mantienen unidos por las fuerzas de van der Waals y, a menudo, se comportan de manera diferente a los cristales a granel del mismo material. Los materiales de van der Waals atómicamente delgados incluyen aislantes, semiconductores, superconductores y algunos materiales con propiedades magnéticas. Su uso en espintrónica o medios de memoria magnéticos ultracompactos es muy prometedor.
La primera medida cuantitativa de magnetización.
Hasta ahora, no ha sido posible determinar la fuerza, alineación y estructura de estos imanes cuantitativamente ni a nanoescala. El equipo encabezado por el profesor Patrick Maletinsky de Georg-H.-Endress del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea ha demostrado que el uso de puntas de diamante decoradas con espines de un solo electrón en un microscopio de fuerza atómica es ideal para este tipo de estudios.
"Nuestro método, que utiliza los giros individuales en los centros de color del diamante como sensores, abre un campo completamente nuevo. Las propiedades magnéticas de los materiales bidimensionales ahora se pueden estudiar a nanoescala e incluso de manera cuantitativa. Nuestros innovadores sensores cuánticos se adaptan perfectamente a esta compleja tarea, "dice Maletinsky.
El número de capas es crítico
Usando esta tecnología que se desarrolló originalmente en Basilea y que se basa en un espín de un solo electrón, los científicos colaboraron con investigadores de la Universidad de Ginebra para determinar las propiedades magnéticas de capas atómicas individuales de triyoduro de cromo (CrI 3 ). Así, los investigadores pudieron encontrar la respuesta a una pregunta científica clave sobre el magnetismo de este material.
Como tridimensional, cristal a granel, El triyoduro de cromo está completamente ordenado magnéticamente. En el caso de pocas capas atómicas, sin embargo, solo las pilas con un número impar de capas atómicas muestran una magnetización distinta de cero. Las pilas con un número par de capas presentan un comportamiento antiferromagnético; es decir, no están magnetizados. La causa de este "efecto par / impar" y la discrepancia con el material a granel se desconocía anteriormente.
La tensión como causa
El equipo de Maletinsky pudo demostrar que este fenómeno se debe a la disposición atómica específica de las capas. Durante la preparación de la muestra, las capas individuales de triyoduro de cromo se mueven ligeramente unas contra otras. La deformación resultante en la celosía significa que los giros de capas sucesivas no pueden alinearse en la misma dirección; en lugar de, la dirección de giro se alterna en las capas. Con un número par de capas, la magnetización de las capas se anula; con un número impar, la fuerza de la magnetización medida corresponde a la de una sola capa.
Sin embargo, cuando se libera la tensión en la pila, por ejemplo, perforando la muestra:los giros de todas las capas se pueden alinear en la misma dirección, como también se observa en cristales a granel. La fuerza magnética de toda la pila concuerda con la suma de las capas individuales.
El trabajo realizado por los científicos de Basilea no solo responde a una pregunta clave sobre los imanes bidimensionales de van der Waals, También abre perspectivas interesantes sobre cómo sus innovadores sensores cuánticos se pueden utilizar en el futuro para estudiar imanes bidimensionales con el fin de contribuir al desarrollo de componentes electrónicos novedosos.