tenké vrstvy dvou nemagnetických kovů-mědi a manganu-se stávají magnety, když jsou v kontaktu s molekulami buckminsterfullerenu. Tento objev provedli fyzici ve Velké Británii, USA a Švýcarsku a mohl by vést k novým typům praktických elektronických zařízení a dokonce i kvantových počítačů.
feromagnety-jako jsou známé magnety na ledničku – jsou materiály, které mají permanentní magnetické momenty. Existují pouze tři kovy, které jsou feromagnetické při pokojové teplotě-železo – nikl a kobalt – a to je vysvětleno z hlediska „stonerova kritéria“, které poprvé odvodil v roce 1938 na univerzitě v Leedsu Edmund Stoner.
Stoner věděl, že magnetismus v kovech je vlastností vodivých elektronů. Tyto elektrony podléhají výměnné interakci, která jim umožňuje snížit jejich energii vyrovnáním jejich spinových magnetických momentů ve stejném směru-čímž se vytvoří feromagnetický kov. Zatočení tohoto bodu ve stejném směru však zvyšuje celkovou kinetickou energii elektronů. Stoner si uvědomil, že feromagnetismus nastane pouze tehdy, když je snížení energie způsobené výměnou větší než zisk kinetické energie. Kvantitativně ukázal, že k tomu dochází, když je produkt elektronové hustoty stavů (DOS) – počet energetických stavů dostupných elektronům – a síla výměnné interakce (označená U) větší než jedna.
dává u boost
U se nazývá Stonerovo kritérium a je větší než jedno pro železo, nikl a kobalt, ale ne pro jejich sousedy v periodické tabulce – mangan a měď. Nyní mezinárodní tým včetně Fatmy Al Ma ‚ Mari a Tim Moorsom z University of Leeds ve Velké Británii našel způsob, jak zvýšit DOS a výměnnou interakci v mědi a manganu tak, aby byly feromagnetické při pokojové teplotě.
tým provedl své vzorky nanesením několika střídavých vrstev C60 a mědi (nebo manganu) na substrát. Měděné vrstvy měly tloušťku asi 2,5 nm a vrstvy C60 asi 15 nm. C60 se používá, protože má velkou elektronovou afinitu, což znamená, že každá molekula bude trvat až tři vodivé elektrony z mědi. Očekává se, že se zvýší jak DOS, tak síla výměnné interakce v mědi.
tým poté změřil magnetizaci vrstvených vzorků a zjistil, že se jedná o feromagnetické materiály. Vědci se také podívali na vzorky, ve kterých byly vrstvy mědi a C60 odděleny vrstvami hliníku, a nenalezli žádný důkaz magnetismu, což naznačuje, že feromagnetismus se vyskytuje na rozhraních mezi mědí a C60. To bylo podpořeno experimenty s použitím mionů, které jsou citlivé na hloubku a ukázaly, že feromagnetismus se vyskytuje v mědi poblíž rozhraní C60. Tým také našel feromagnetismus při pokojové teplotě ve vrstvách C60/mangan, ale se slabší magnetizací.
kritické pole
překvapivě, když vědci vypočítali U pro své vzorky mědi, zjistili, že je menší než jeden. Jinými slovy, vzorky by neměly být feromagnetické podle stonerova kritéria. Další teoretické výzkumy však naznačují, že vzorky by se měly stát feromagnetem, pokud jsou vystaveny relativně malému magnetickému poli – něco, co by se stalo během přípravy vzorků. To naznačuje, že jiné nemagnetické kovy by mohly být vyrobeny feromagnetickým posílením U, ale ne nutně až k jednomu.
přestože je zapotřebí další práce ke zvýšení pevnosti měděných a manganových magnetů, výzkum by mohl vést k vývoji nových typů malých magnetických komponent. Ty by mohly najít použití ve spintronických zařízeních, která používají rotaci elektronu k ukládání a zpracování informací, nebo dokonce v kvantových počítačích, ve kterých se elektronové spiny používají jako kvantové bity informací.
výzkum je popsán v přírodě.