Researchers Engineer Magnetic Complexity Into Atomically Thin Magnets – Magnet digunakan di banyak benda kita sehari-hari termasuk ponsel dan di strip kartu kredit atau kunci hotel.
Mereka bahkan menyalakan mesin dalam vakum Anda.
Dan karena kebanyakan komputer menggunakan magnet untuk menyimpan informasi, menemukan magnet yang semakin tipis adalah kunci untuk elektronik yang lebih cepat dan lebih ringan.
Grafena, bahan setebal satu atom, ditemukan pada tahun 2004 dan memenangkan Hadiah Nobel Fisika 2010.
Meskipun graphene sendiri tidak bersifat magnetis, hal itu memicu minat untuk mencari magnet yang tipis secara atomik.
Pada tahun 2017, para ilmuwan menemukan bahan magnetik ultra tipis yang tebalnya hanya tiga atom, atau satu unit atom.
Tetapi bahan ini, yang disebut chromium triiodide, memiliki pengaturan momen magnet sederhana—putaran elektron di dalam material semuanya sejajar dalam arah yang sama, baik ke atas maupun ke bawah—yang berarti tidak dapat menyimpan informasi dalam jumlah besar.
Sekarang, fisikawan Universitas Michigan Liuyan Zhao dan timnya telah mengembangkan cara untuk membuat pengaturan momen magnetik yang lebih kompleks dalam kromium triiodida, yang memungkinkan material tipis atom ini untuk menyimpan lebih banyak informasi dan mungkin memproses informasi lebih cepat. Hasil mereka dipublikasikan di Nature Physics .
“Seiring waktu, orang mulai mencari ukuran yang lebih kecil dan bentuk magnet yang lebih kompleks untuk membuat komputer dan elektronik kita lebih kecil, lebih tipis, dan lebih cepat. Untuk melakukan ini, bahan yang menyimpan data atau melakukan pemrosesan informasi juga perlu menjadi lebih kecil dan lebih kecil lagi. , sedangkan bentuk magnetnya harus semakin eksotis,” kata Zhao.
“Dalam bahan yang sangat besar dan besar, orang menemukan semua jenis bentuk magnet yang disebut tekstur putaran. Jadi, dalam bahan ultra tipis ini, kami bertanya: Bisakah kami juga membuat jenis tekstur putaran yang rumit itu sehingga kami dapat menyimpan lebih banyak informasi?”
Untuk melakukan ini, Zhao dan timnya membuat sampel buatan dengan merobek serpihan kromium triiodida berukuran mikron (sepersejuta meter) menjadi dua.
Serpihan kromium triiodida adalah bilayer, yang berarti bahannya adalah dua unit atom, atau enam atom, tebal.
Kemudian, mereka melapisi satu bagian di atas yang lain dan memutarnya sedikit.
Setiap serpihan terdiri dari struktur kisi kristal, dan ketika satu struktur diletakkan di atas yang lain dan diputar sedikit, struktur kristal saling mengganggu dan membentuk struktur periodik dengan panjang gelombang yang lebih panjang.
Ini juga menciptakan ketidakcocokan sudut antara dua serpihan dan mengarah ke superlattice dengan periode yang lebih lama yang disebut moiré superlattice.
Pikirkan gelombang air.
Riak satu gelombang sama dengan satu periode.
Namun dalam gelombang ini, air tidak benar-benar bergerak maju.
Sebaliknya, molekul air naik dan turun di satu lokasi.
Ketika lebih banyak energi ditambahkan ke gelombang, puncak gelombang lebih tinggi.
Demikian pula, ketika struktur kristal berlapis di atas satu sama lain, periode gelombangnya menjadi dua kali lipat.
Kemudian, karena rotasi kecil antara dua lapisan, atom-atom di lapisan atas material sedikit diimbangi dari atom-atom di lapisan bawah material dekat pusat rotasi.
Hal ini selanjutnya menyebabkan efek berjenjang dari atom offset di seluruh lapisan material yang berlipat ganda, yang berulang di seluruh bagian lapisan yang ditumpuk pada panjang gelombang moiré.
Ini menghasilkan dua offset ekstrim dalam struktur, kata Zhao.
Ketika atom-atom kromium dalam satu lapisan disusun tepat di tengah-tengah atom-atom kromium lainnya, putarannya seperti berada dalam arah yang sama.
Ketika mereka menjauh sepertiga dari jarak antara atom kromium tetangga terdekat, putaran mereka mengarah ke arah yang berlawanan.
Kemudian di antara dua area ini, putaran mereka menjadi frustrasi, tidak tahu mana dari dua cara yang harus diikuti, dan dapat mengembangkan pengaturan baru.
Mereka kemudian, misalnya, bisa menjadi spiral. Jenis orientasi putaran yang berbeda dalam bahan yang sama menciptakan lebih banyak peluang untuk menyimpan informasi.
Untuk bekerja dengan bahan yang sangat tipis dan halus, kelompok tersebut menggunakan satu set mikromanipulator otomatis di bawah mikroskop optik yang disimpan dalam kotak yang diisi dengan nitrogen dengan kemurnian sangat tinggi, yang lembam dan tidak berinteraksi dengan bahan yang dipelajari para peneliti.
Para peneliti menggunakan bahan pokok rumah tangga biasa—pita—untuk mengupas lapisan material 2D dan menempelkannya ke substrat silikon dioksida, teknik yang dikembangkan oleh pemenang Nobel fisika 2010.
Menggunakan mikroskop optik untuk melihat prosedurnya, para peneliti mengontrol satu set lengan mekanik untuk mengangkat satu lapisan material, memutarnya sedikit, dan meletakkannya kembali di atas lapisan material lainnya.
“Pentingnya pekerjaan kami adalah untuk mendemonstrasikan bahwa dalam magnet yang sangat tipis ini kami dapat merancang tekstur putaran dengan melakukan jenis puntiran ini untuk memperkenalkan superlattice moiré.
Pengaturan putaran yang berbeda dapat memberikan sifat fisik yang sangat berbeda dari bahan magnetik yang kami pelajari,” Zhao dikatakan.
“Dibandingkan dengan banyak bahan besar 3D, susunan atom ditentukan oleh kimia selama pertumbuhan: Anda tidak dapat mengubah atau memanipulasi sebanyak itu.
Tetapi di sini, dengan mengubah sudut putaran antara dua lapisan untuk mengubah jarak relatif antara atom, kita memiliki kebebasan untuk merancang dan mengontrol sifat magnetik dalam superlattice moiré 2D.”…