Hace pocos meses, un equipo de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) informó algo sorprendente acerca de un material magnético 2-D:un comportamiento que durante mucho tiempo se presumió que se debía a las vibraciones en la red:la estructura interna de los átomos en el material. sí mismo, en realidad se debe a una ola de oscilaciones de espín.

Esta semana, el mismo grupo describe otro hallazgo sorprendente en un material magnético bidimensional diferente:el comportamiento que se presume se debe a una onda de oscilaciones de espín se debe en realidad a vibraciones en la red.

La obra, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , es una prueba más de que las capacidades experimentales únicas del equipo del NIST desempeñan un papel fundamental como herramienta de investigación para los científicos que estudian estos imanes bidimensionales.

Las ondas de oscilaciones de espín implican cambios en una propiedad cuántica de los átomos llamada espín; la característica que hace que los imanes sean magnéticos. Si piensa en cada átomo como una brújula, entonces el giro es (metafóricamente) la aguja de la brújula. En esta metáfora, sin embargo, el giro puede apuntar tanto al norte (arriba) como al sur (abajo). En algunos materiales, el giro puede "voltear" de una dirección metafórica a otra.

El experimento empleó espectroscopía Raman, una técnica que prueba una muestra con luz láser y luego mide cómo esa luz es dispersada por la muestra. Esto puede revelar información sobre un material 2-D, como su estructura, defectos dopaje número de capas y acoplamiento entre las capas, y más. El sistema Raman diseñado a medida en NIST agrega la capacidad de rastrear simultáneamente la luz dispersa en función tanto de la temperatura como del campo magnético.

Manipular la temperatura y el campo magnético mientras se mide la señal Raman permite a los científicos identificar si están observando vibraciones de celosía u ondas de giro. Es más, En este nuevo artículo, los investigadores informan que pueden rastrear los giros dentro de una sola capa a medida que los giros "giran" hacia una nueva dirección.

Los científicos saben que el comportamiento que encontraron es intrínseco al material mismo porque la espectroscopia Raman les permite investigar el material 2-D de forma no invasiva, sin la adición de contactos electrónicos que puedan influir en los resultados.

"Nuestros datos muestran características claras que identifican una transición de fase magnética en el material utilizando luz como sonda, "Hight Walker dijo." Capa por capa, observamos que los giros cambian de dirección ".

La importancia de los imanes 2-D

Algunos materiales se componen de capas que interactúan muy débilmente, lo que permite a los científicos separar o aislar capas individuales y acceder a hojas bidimensionales atómicamente delgadas (del orden de unos pocos nanómetros). Por ejemplo, el grafeno fue el primer material 2-D aislado del grafito mediante el uso de una superficie adhesiva para despegar una sola capa de un átomo de espesor.

Estos materiales se denominan 2-D porque, si bien pueden ser relativamente anchos, en la escala de micrómetros, también son extremadamente delgados, tan delgados como un solo átomo o 100, 000 veces más pequeño que un cabello humano. Esa propiedad permite una mayor personalización que los materiales 3-D. Se pueden ver diferencias dramáticas entre una e incluso tan pocas como dos capas del mismo material.

Pero hasta hace poco nadie pensó que los materiales en capas podrían ser magnéticos cuando se reduce su tamaño al límite de 2-D. Luego, hace solo un par de años, se descubrió que algunos de ellos podían, De hecho, mantener su comportamiento magnético en una sola capa, y los imanes 2-D se convirtieron en un tema candente de investigación.

El trabajo dirigido por NIST, hecho en colaboración con científicos de la Universidad Estatal de Ohio, Universidad Towson, Universidad Penn State, la Universidad de Arkansas, y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, involucra un material 2-D llamado triyoduro de cromo (CrI3), que tiene propiedades prometedoras que algún día podrían manipularse para hacer dispositivos útiles para la computación cuántica.

Cuanto más aprenden los científicos sobre estos materiales bidimensionales, cuanto más cerca estén de realizar aplicaciones potenciales, especialmente en la electrónica de próxima generación e incluso en información cuántica.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.