Tynne lag av to ikke-magnetiske metaller-kobber og mangan-bli magneter når de er i kontakt med buckminsterfullerene molekyler. Denne oppdagelsen har blitt gjort av fysikere I STORBRITANNIA, USA og Sveits, og kan føre til nye typer praktiske elektroniske enheter og til og med kvante datamaskiner.
Ferromagneter-som kjente kjøleskapsmagneter – er materialer som har permanente magnetiske øyeblikk. Det er bare tre metaller som er ferromagnetiske ved romtemperatur-jern, nikkel og kobolt-og dette forklares i form av «Stoner-kriteriet», som først ble avledet i 1938 ved University Of Leeds Av Edmund Stoner.
Stoner visste at magnetisme i metaller er en egenskap av ledningselektronene. Disse elektronene er underlagt utvekslingsinteraksjonen som gjør at de kan redusere sin energi ved å tilpasse sine spinnmagnetiske øyeblikk i samme retning – og dermed skape et ferromagnetisk metall. Men å ha spinn som peker i samme retning øker den samlede kinetiske energien til elektronene. Stoner innså at ferromagnetisme bare vil skje når reduksjonen i energi forårsaket av utveksling er større enn gevinsten i kinetisk energi. Kvantitativt viste han at dette skjer når produktet av elektrondensiteten til stater – DOS) – antall energitilstander tilgjengelig for elektronene – og styrken av utvekslingsinteraksjonen (betegnet Av U) er større enn En.
Gi U et løft
U kalles Stoner-kriteriet, og Det er større enn en for jern, nikkel og kobolt, men ikke for sine naboer i det periodiske bordet-mangan og kobber – Nå har et internasjonalt team, Inkludert Fatma Al Ma ‘ Mari Og Tim Moorsom fra University Of Leeds i STORBRITANNIA, funnet en måte å øke DOS – og utvekslingsinteraksjonen i kobber og mangan, slik at de er ferromagnetiske ved romtemperatur.
teamet gjorde sine prøver ved å deponere flere alternerende lag Av C60 og kobber (eller mangan) på et substrat. Kobberlagene var ca. 2,5 nm tykke og C60-lagene ca. 15 nm tykke. C60 brukes fordi den har en stor elektronaffinitet, noe som betyr at hvert molekyl vil ta opptil tre ledningselektroner fra kobberet. Dette forventes å øke BÅDE DOS og styrken av utvekslingsinteraksjonen i kobber.
teamet målte deretter magnetiseringen av de lagdelte prøvene og fant dem å være ferromagnetiske materialer. Forskerne så også på prøver der kobber-og C60-lagene ble separert av lag av aluminium og fant ingen bevis for magnetisme, noe som tyder på at ferromagnetisme forekommer ved grensesnittene mellom kobber og C60. Dette ble støttet av eksperimenter ved hjelp av myoner, som er dybdesensitive og viste at ferromagnetismen forekommer i kobberet nær C60-grensesnittet. Teamet fant også romtemperatur ferromagnetisme I C60 / mangan lag, men med svakere magnetisering.
Kritisk felt
Overraskende, da forskerne beregnet U For sine kobberprøver, fant de at det var mindre enn en. Med andre ord, prøvene burde ikke ha vært ferromagnetiske i Henhold Til stoner-kriteriet. Videre teoretiske undersøkelser tyder imidlertid på at prøvene skulle bli ferromagnet når de ble utsatt for et relativt lite magnetfelt-noe som ville ha skjedd under forberedelsen av prøvene. Dette antyder at andre ikke-magnetiske metaller kan gjøres ferromagnetiske ved å øke U, men ikke nødvendigvis helt til en.
selv om ytterligere arbeid er nødvendig for å øke styrken av kobber-og manganmagneter, kan forskningen resultere i utvikling av nye typer små magnetiske komponenter. Disse kan finne bruk i spintronic-enheter, som bruker elektronets spinn til å lagre og behandle informasjon, eller til og med i kvante datamaskiner der elektronspinn brukes som kvantebiter av informasjon.
forskningen er beskrevet I Nature.