cienkie warstwy dwóch niemagnetycznych metali-miedzi i manganu – stają się magnesami, gdy są w kontakcie z cząsteczkami buckminsterfullerene. Odkrycie to zostało dokonane przez fizyków w Wielkiej Brytanii, USA i Szwajcarii i może doprowadzić do powstania nowych typów praktycznych urządzeń elektronicznych, a nawet komputerów kwantowych.
Ferromagnety – takie jak znane magnesy na Lodówkę – są materiałami, które mają trwałe momenty magnetyczne. Istnieją tylko trzy metale, które są ferromagnetyczne w temperaturze pokojowej-żelazo, nikiel i kobalt-i jest to wyjaśnione w kategoriach „kryterium Stonera”, które zostało po raz pierwszy uzyskane w 1938 roku na Uniwersytecie w Leeds przez Edmunda Stonera.
Stoner wiedział, że magnetyzm w metalach jest własnością elektronów przewodnictwa. Elektrony te podlegają oddziaływaniu wymiany, które pozwala im zmniejszyć ich energię poprzez wyrównanie ich momentów magnetycznych spinu w tym samym kierunku-tworząc w ten sposób Metal ferromagnetyczny. Jednak, mając spiny tego punktu w tym samym kierunku zwiększa ogólną energię kinetyczną elektronów. Stoner zdał sobie sprawę, że ferromagnetyzm pojawi się tylko wtedy, gdy redukcja energii spowodowana wymianą jest większa niż przyrost energii kinetycznej. Ilościowo wykazał, że dzieje się tak, gdy iloczyn gęstości elektronów Stanów (DOS) – liczby stanów energii dostępnych dla elektronów – i siły oddziaływania wymiany (oznaczonej przez U) jest większy niż jeden.
dając u impuls
U nazywa się kryterium Stonera i jest większe niż jedno dla żelaza, niklu i kobaltu, ale nie dla ich sąsiadów w układzie okresowym – manganu i miedzi. Teraz międzynarodowy zespół, w tym Fatma Al Ma ’ Mari i Tim Moorsom z Uniwersytetu w Leeds w Wielkiej Brytanii, znalazł sposób na zwiększenie dawki i wymianę interakcji w miedzi i manganie, tak aby były ferromagnetyczne w temperaturze pokojowej.
zespół wykonał swoje próbki, osadzając kilka naprzemiennych warstw C60 i miedzi (lub manganu) na podłożu. Warstwy miedzi miały grubość około 2,5 nm, a warstwy C60 około 15 nm. C60 jest używany, ponieważ ma duże powinowactwo elektronowe, co oznacza, że każda cząsteczka zajmie do trzech elektronów przewodzenia z miedzi. Oczekuje się, że zwiększy to zarówno DOS, jak i siłę interakcji wymiany w miedzi.
zespół następnie zmierzył namagnesowanie warstwowych próbek i stwierdził, że są to materiały ferromagnetyczne. Badacze przyjrzeli się również próbkom, w których warstwy miedzi i C60 były oddzielone warstwami aluminium i nie znaleźli dowodów na magnetyzm, co sugeruje, że ferromagnetyzm występuje na interfejsach między miedzią a C60. Zostało to poparte eksperymentami z użyciem mionów, które są wrażliwe na głębokość i wykazały, że ferromagnetyzm występuje w miedzi w pobliżu interfejsu C60. Zespół odkrył również ferromagnetyzm w temperaturze pokojowej w warstwach C60/manganu, ale o słabszym namagnesowaniu.
pole krytyczne
zaskakująco, gdy naukowcy obliczyli U dla swoich próbek miedzi, stwierdzili, że jest to mniej niż jedna. Innymi słowy, próbki nie powinny być ferromagnetyczne zgodnie z kryterium Stonera. Jednak dalsze badania teoretyczne sugerują, że próbki powinny stać się ferromagnetem po wystawieniu na stosunkowo małe pole magnetyczne – coś, co miałoby miejsce podczas przygotowywania próbek. Sugeruje to, że inne niemagnetyczne metale mogą być ferromagnetyczne przez zwiększenie U, ale niekoniecznie aż do jednego.
chociaż potrzebne są dalsze prace w celu zwiększenia wytrzymałości magnesów miedzianych i manganowych, badania mogą zaowocować rozwojem nowych rodzajów drobnych komponentów magnetycznych. Mogą one znaleźć zastosowanie w urządzeniach spintronicznych, które wykorzystują spin elektronu do przechowywania i przetwarzania informacji, a nawet w komputerach kwantowych, w których spiny elektronów są używane jako kwantowe bity informacji.
badania opisane są w przyrodzie.