Physiker erzeugen den ersten zweidimensionalen Ferrimagnetismus in Graphen

Wissenschaftler der Universität St. Petersburg und ihre ausländischen Kollegen haben den weltweit ersten zweidimensionalen Ferromagnetismus in Graphen geschaffen. Die Nutzung des aus Graphen gewonnenen magnetischen Zustands kann die Grundlage für einen neuen Ansatz in der Elektronik werden, der die Energieeffizienz und Geschwindigkeit bei der Entwicklung von Geräten mit alternativen Technologien ohne die Verwendung von Silizium erhöht.

Graphen, eine zweidimensionale Modifikation von Kohlenstoff, ist das leichteste und stärkste aller heute erhältlichen zweidimensionalen Materialien und zudem hochgradig leitfähig. Im Jahr 2018 waren Forscher der Universität Sankt Petersburg zusammen mit ihren Kollegen der Staatlichen Universität Tomsk sowie deutschen und spanischen Wissenschaftlern weltweit die ersten, die Graphen modifizierten und ihm die Eigenschaften von Kobalt und Gold verliehen – Magnetismus und Spin-Bahn-Wechselwirkung (zwischen dem sich bewegenden Elektron in Graphen und seinem eigenen magnetischen Moment). Bei der Wechselwirkung mit Kobalt und Gold behält Graphen nicht nur seine einzigartigen Eigenschaften, sondern nimmt teilweise auch die Eigenschaften dieser Metalle an.

Als Teil dieser neuen Arbeit synthetisierten die Wissenschaftler ein System mit einem ferrimagnetischen Zustand von Graphen. Es ist ein einzigartiger Zustand, in dem die Substanz ohne externes Magnetfeld magnetisiert ist. Die Physiker verwendeten ein ähnliches Substrat, das aus einer dünnen Schicht Kobalt und einer Goldlegierung auf seiner Oberfläche bestand.

Während der Oberflächenlegierung bildeten sich Versetzungsschleifen unter dem Graphen. Diese Schleifen sind dreieckige Regionen mit einer geringeren Dichte an Kobaltatomen, denen sich die Goldatome angenähert haben. Bisher war bekannt, dass einlagiges Graphen nur gleichmäßig vollständig magnetisiert werden kann. Untersuchungen von Wissenschaftlern der Universität Sankt Petersburg haben jedoch gezeigt, dass es möglich ist, die Magnetisierung einzelner Untergitteratome durch selektive Wechselwirkung mit strukturellen Defekten im Substrat zu steuern.

„Das ist eine wichtige Entdeckung, denn alles elektronische Anwendungen verwenden elektrische Ladungen und erzeugen Wärme, wenn Strom fließt. Unsere Forschung wird es schließlich ermöglichen, Informationen in Form von Spinströmen zu übertragen. Dies ist eine neue Generation von Elektronik, eine grundlegend andere Logik und ein neuer Ansatz Technische Entwicklung was reduziert Energieverbrauch und erhöht die Geschwindigkeit der Informationsübertragung“, erklärte Artem Rybkin, Hauptforscher der Forschung, Senior Research Associate am Laboratory of Electronic and Spin Structure of Nanosystems an der Universität St. Petersburg.

Das zweite wichtige Merkmal von Graphen, das von Physikern der Universität St. Petersburg synthetisiert wurde, ist die starke Spin-Bahn-Wechselwirkung. In dieser Struktur wird die Verstärkung dieser Wechselwirkung durch das Vorhandensein von Goldatomen unter dem Graphen erklärt. Bei einem bestimmten Verhältnis der magnetischen und der Spin-Bahn-Wechselwirkungsparameter ist es möglich, den trivialen, d. h. vertrauten Zustand zu verlassen Graphen zu einem Roman, topologischen.

Forschungsergebnisse werden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.