Фізики створили перший двовимірний феримагнетизм у графені

Вчені створили перший у світі двовимірний феромагнетизм у графені. Використання отриманого магнітного стану графену може стати основою нового підходу до електроніки, підвищення її енергоефективності та швидкості при розробці пристроїв за альтернативними технологіями без використання кремнію.

Графен, двовимірна модифікація вуглецю, є найлегшим і найміцнішим з усіх доступних сьогодні двовимірних матеріалів, а також має високу провідність. У 2018 році дослідники модифікували графен і надали йому властивостей кобальту та золота — магнетизму та спін-орбітальної взаємодії (між рухомий електрон у графені та його власний магнітний момент). При взаємодії з кобальтом і золотом графен не тільки зберігає свої унікальні характеристики, але й частково переймає властивості цих металів.

В рамках нової роботи вчені синтезували систему з феримагнітним станом графену. Це унікальний стан, в якому речовина має намагніченість за відсутності зовнішнього магнітного поля. Фізики використовували аналогічну підкладку, виготовлену з тонкого шару кобальту і сплаву золота на його поверхні.

Під час поверхневого легування під графеном утворювалися дислокаційні петлі. Ці петлі являють собою трикутні області з меншою щільністю атомів кобальту, до яких атоми золота перемістилися ближче. Дотепер було відомо, що одношаровий графен можна повністю намагнітити лише однорідним способом. Однак дослідження вчених показали, що можна керувати намагніченістю атомів окремих підграток шляхом вибіркової взаємодії зі структурними дефектами підкладки.

Друга важлива характеристика графену, синтезованого фізиками — сильна спін-орбітальна взаємодія. У цій структурі посилення цієї взаємодії пояснюється наявністю атомів золота під графеном. При певному співвідношенні параметрів магнітної та спін-орбітальної взаємодії можливий перехід від тривіального, тобто звичного, стану графену до нового, топологічного.