dunne lagen van twee niet-magnetische metalen-koper en mangaan – worden magneten wanneer ze in contact komen met buckminsterfullereenmoleculen. Deze ontdekking is gedaan door natuurkundigen in het Verenigd Koninkrijk, de VS en Zwitserland, en kan leiden tot nieuwe soorten Praktische Elektronische Apparaten en zelfs kwantumcomputers. Ferromagnets-zoals bekende koelkastmagneten-zijn materialen met permanente magnetische momenten. Er zijn slechts drie metalen die ferromagnetisch zijn bij kamertemperatuur – ijzer, nikkel en kobalt – en dit wordt verklaard in termen van het “Stoner criterium”, dat Voor het eerst werd afgeleid in 1938 aan de Universiteit van Leeds door Edmund Stoner. Stoner wist dat magnetisme in metalen een eigenschap is van de geleidingselektronen. Deze elektronen zijn onderhevig aan de uitwisseling interactie die hen in staat stelt om hun energie te verminderen door het uitlijnen van hun spin magnetische momenten in dezelfde richting – waardoor een ferromagnetisch metaal. Het hebben van spins die in dezelfde richting wijzen verhoogt echter de totale kinetische energie van de elektronen. Stoner realiseerde zich dat ferromagnetisme alleen zal optreden wanneer de vermindering van energie veroorzaakt door uitwisseling groter is dan de winst in kinetische energie. Kwantitatief toonde hij aan dat dit gebeurt wanneer het product van de elektronendichtheid van toestanden (DOS) – het aantal energietoestanden beschikbaar voor de elektronen – en de sterkte van de uitwisselingsinteractie (aangeduid met U) groter is dan één.
geeft u een boost
U wordt het Stonercriterium genoemd en is groter dan één voor ijzer, nikkel en kobalt, maar niet voor hun buren in het periodiek systeem – mangaan en koper. Nu heeft een internationaal team waaronder Fatma Al Ma ‘ Mari en Tim Moorsom van de Universiteit van Leeds in het Verenigd Koninkrijk een manier gevonden om de DOS-en uitwisselingsinteractie in koper en mangaan te stimuleren, zodat ze ferromagnetisch zijn bij kamertemperatuur.
het team maakte zijn monsters door verschillende afwisselende lagen C60 en koper (of mangaan) op een substraat af te zetten. De koperlagen waren ongeveer 2,5 nm dik en de C60 lagen ongeveer 15 nm dik. C60 wordt gebruikt omdat het een grote elektronenaffiniteit heeft, wat betekent dat elke molecule tot drie geleidingselektronen uit het koper zal opnemen. Dit zal naar verwachting zowel de DOS als de sterkte van de uitwisselingsinteractie in koper verhogen.
het team meet vervolgens de magnetisatie van de gelaagde monsters en vond dat het ferromagnetische materialen waren. De onderzoekers keken ook naar monsters waarin de koper-en C60-lagen werden gescheiden door aluminiumlagen en vonden geen bewijs van magnetisme, wat suggereert dat ferromagnetisme optreedt op de raakvlakken tussen koper en C60. Dit werd ondersteund door experimenten met muons, die diepte-gevoelig zijn en toonde aan dat het ferromagnetisme voorkomt in het koper in de buurt van de C60-interface. Het team vond ook ferromagnetisme bij kamertemperatuur in C60 / mangaanlagen, maar met een zwakkere magnetisering.
kritisch veld
verrassend genoeg vonden de onderzoekers, toen ze u berekenden voor hun kopermonsters, dat het minder dan één was. Met andere woorden, de monsters hadden volgens het Stonercriterium niet ferromagnetisch mogen zijn. Verder Theoretisch Onderzoek wijst er echter op dat de monsters ferromagnet moeten worden wanneer ze aan een relatief klein magnetisch veld worden blootgesteld – iets wat tijdens de bereiding van de monsters zou zijn gebeurd. Dit suggereert dat andere niet-magnetische metalen ferromagnetisch kunnen worden gemaakt door het stimuleren van u, maar niet per se helemaal tot een.
hoewel verdere werkzaamheden nodig zijn om de sterkte van de koper-en mangaanmagneten te verhogen, zou het onderzoek kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe soorten kleine magnetische componenten. Deze kunnen worden gebruikt in spintronische apparaten, die de spin van het elektron gebruiken om informatie op te slaan en te verwerken, of zelfs in kwantumcomputers waarin elektronenspins worden gebruikt als kwantumbits van informatie.
het onderzoek wordt beschreven in Nature.