Электрические, магнитные и другие физические и химические свойства материалов претерпевают кардинальные изменения при переходе от обычной формы материала к его условно плоской, двухмерной форме.
И ярким примером тому является небезызвестный графен, обладающий рядом свойств, в корне отличающихся от свойств других форм углерода. Однако, в этом правиле существуют исключения, и одно из таких исключений было найдено исследователями из Вашингтонского университета и Массачусетского технологического института.
Обнаруженный ими двухмерный материал полностью сохраняет свои изначальные магнитные свойства, что открывает дорогу к разработке сверхтонких электронных и спинтронных устройств, работающих за счет принципов магнетизма.
Напомним нашим читателям, что материалы, имеющие толщину от одного до нескольких атомов, принято считать условно плоскими, двухмерными. Электроны в таких материалах могут двигаться только в их горизонтальной плоскости, что определяет некоторые из необычных свойств таких материалов, таких, как электрическая проводимость и магнетизм. В результате этого, некоторые из традиционных магнитных материалов полностью утрачивают свои свойства в двухмерном виде.
Однако, трийодид хрома (Crl3), является исключением из общего правила. Этот материал является ферромагнитным изначально, он получает свои магнитные свойства из-за симметричного и синхронного вращения его электронов. И что самое главное, этот материал сохраняет свой изначальный магнетизм в его монослойной форме.
Проверка магнетизма монослоя материала была проведена при помощи его освещения поляризованным светом, который, будучи отраженным от поверхности, содержит четкие “подписи” магнитных свойств материала. Монослой Crl3 отразил свет, который содержал такую подпись. Но самым странным стало то, что этот же материал, толщиной в два слоя, полностью утерял все свои магнитные свойства. И еще более странным стало то, что наличие еще одного, третьего слоя, снова восстановило его магнитные свойства. Такой эффект послужил причиной возникновения целого ряда вопросов о процессах происходящих в “микроскопическом мире” внутри этого материала.
“Плоские материалы предоставляют нам возможность осуществления точного электрического контроля над их магнитными свойствами, которые отсутствуют у обычных трехмерных материалов” – пишут исследователи, – “Но еще большие возможности возникают тогда, когда мы складываем вместе монослои материалов, обладающих совершенно различными и даже кардинально противоположными физическими свойствами. В таком случае возникают столь экзотические эффекты и явления, которые невозможно получить в единственном монослойном или обычном трехмерном материале”.
“Мы обнаружили, что материал Crl3 сохраняет свой естественный магнетизм и в его плоской форме. Магнитные свойства остаются столь же сильными, как и у обычного материала. Это, в свою очередь, позволит использовать так называемые двухмерные магниты в ряде информационных технологий, начиная от телекоммуникаций и заканчивая технологиями записи, хранения и обработки информации”.