kahden ei-magneettisen metallin – kuparin ja mangaanin – ohuet kerrokset muuttuvat magneeteiksi joutuessaan kosketuksiin buckminsterfullereenimolekyylien kanssa. Löydön ovat tehneet fyysikot Britanniassa, Yhdysvalloissa ja Sveitsissä, ja se voi johtaa uudenlaisiin käytännöllisiin elektronisiin laitteisiin ja jopa kvanttitietokoneisiin.
ferromagneetit – kuten tutut jääkaappimagneetit-ovat materiaaleja, joilla on pysyvät magneettiset momentit. Huoneenlämpötilassa ferromagneettisia metalleja on vain kolme – rauta, nikkeli ja koboltti – ja tämä selittyy ”Stoner criterionilla”, jonka Edmund Stoner johti ensimmäisen kerran vuonna 1938 Leedsin yliopistossa.
Stoner tiesi, että metallien magnetismi on johtoelektronien ominaisuus. Näille elektroneille tapahtuu vaihto – vuorovaikutus, jonka avulla ne voivat vähentää energiaansa kohdistamalla spin-magneettiset momenttinsa samaan suuntaan-jolloin syntyy ferromagneettinen metalli. Tämän pisteen pyöriminen samaan suuntaan kuitenkin lisää elektronien yleistä kineettistä energiaa. Stoner oivalsi, että ferromagnetismia esiintyy vain silloin, kun vaihdon aiheuttama energian väheneminen on suurempi kuin liike-energian voitto. Kvantitatiivisesti hän osoitti, että tämä tapahtuu, kun elektronien käytettävissä olevien energiatilojen elektronitiheyden (DOS) ja vaihtovuorovaikutuksen voimakkuus (jota merkitään U: lla) on suurempi kuin yksi.
U: n boostaamista
U: ta kutsutaan Stoner – kriteeriksi, ja se on suurempi raudalle, nikkelille ja koboltille, mutta ei niiden jaksollisessa järjestelmässä oleville naapureille-mangaanille ja kuparille. Nyt kansainvälinen tiimi, johon kuuluvat Fatma Al Ma ’ Mari ja Tim Moorsom Leedsin yliopistosta Iso-Britanniasta, on löytänyt keinon lisätä kuparin ja mangaanin DOS-ja vaihtovirtausta niin, että ne ovat ferromagneettisia huoneenlämmössä.
ryhmä teki näytteensä kerrostamalla useita vuorottelevia kerroksia C60: tä ja kuparia (tai mangaania) alustalle. Kuparikerrokset olivat noin 2,5 nm: n paksuisia ja C60-kerrokset noin 15 nm: n paksuisia. C60: tä käytetään, koska sillä on suuri elektronien affiniteetti, jolloin jokainen molekyyli ottaa kuparista jopa kolme johtoelektronia. Tämän odotetaan lisäävän kuparin VAIHTOVIRTAUKSEN DOS: ia ja voimakkuutta.
tämän jälkeen ryhmä mittasi kerrostuneiden näytteiden magnetoitumisen ja totesi niiden olevan ferromagneettisia materiaaleja. Tutkijat tarkastelivat myös näytteitä, joissa kupari-ja C60-kerrokset oli erotettu toisistaan alumiinikerroksilla, eivätkä löytäneet todisteita magnetismista, mikä viittaa siihen, että ferromagnetismia esiintyy kuparin ja C60: n rajapinnoissa. Tätä tukivat kokeet, joissa käytettiin syvyysherkkiä myoneja ja osoitettiin, että ferromagnetismia esiintyy kuparissa lähellä C60-rajapintaa. Tutkimusryhmä löysi myös huoneenlämpöistä ferromagnetismia C60 / mangaanikerroksista, mutta heikommalla magnetoinnilla.
kriittinen kenttä
yllättäen, kun tutkijat laskivat Kuparinäytteilleen U: n, he havaitsivat sen olevan alle yksi. Toisin sanoen näytteiden ei olisi pitänyt olla ferromagneettisia Stoner-kriteerin mukaan. Teoreettiset lisätutkimukset viittaavat kuitenkin siihen, että näytteistä tulisi ferromagneetteja, kun ne altistetaan suhteellisen pienelle magneettikentälle, mikä olisi tapahtunut näytteiden valmistelun aikana. Tämä viittaa siihen, että muut ei-magneettiset metallit voitaisiin tehdä ferromagneettisiksi lisäämällä U, mutta ei välttämättä aina yhteen.
vaikka kupari-ja mangaanimagneettien lujuuden lisäämiseksi tarvitaan lisätyötä, tutkimus voi johtaa uudenlaisten pienten magneettisten komponenttien kehittämiseen. Näille voisi löytyä käyttöä spintronisissa laitteissa, jotka käyttävät elektronin spiniä informaation tallentamiseen ja käsittelyyn, tai jopa kvanttitietokoneissa, joissa elektronin spinejä käytetään kvanttitietokoneina.
tutkimus on kuvattu Nature – lehdessä.