Исследователи во главе с кафедрой физики профессор Пабло Jarillo-Эрреро МТИ в прошлом году показали, что вращающиеся слои гексагональной структурированной графена в частности “магическим углом” может изменить электронные свойства материала из изолирующего состояния в сверхпроводящее состояние. Теперь исследователи из той же группы и их сотрудников показали, что в разных ультра-тонкий материал, что также имеет сотовидную строение атома хрома трихлорид (Сrcl3) — они могут повлиять на материал, магнитные свойства, сдвигая порядок укладки слоев.
Исследователи очищенные от двумерного (2-х) слоев треххлористого хрома с помощью ленты таким же образом, исследователи отслаиваться графена из графита. Затем они изучили 2-D магнитные свойства трихлорида хрома с помощью туннелирования электронов. Они обнаружили, что магнетизм различен в 2-D и 3-D кристаллов за счет различных механизмов укладки между атомами в соседних слоев.
При высоких температурах, каждый атом хрома трихлорид хрома имеет магнитный момент, который колеблется, как крошечные стрелки компаса. Эксперименты показывают, что при снижении температуры ниже 14 кельвинах (-434.47 градусов по Фаренгейту), в глубине криогенного диапазона температур, эти магнитные моменты превращаются в упорядоченный узор, указывая в противоположных направлениях в виде чередующихся слоев (антиферромагнетизма). Магнитное направление всех слоев хрома трихлорид могут быть выровнены путем нанесения магнитного поля. Но исследователи обнаружили, что в 2-х мерном виде, этот расклад должен магнитную силу в 10 раз сильнее, чем в 3-Д Кристалл. Результаты недавно были опубликованы в интернете в физике природы.
“Мы видим, что это в 10 раз сложнее, чтобы выровнять слои в тонких по сравнению с Навальным, который мы измеряем с помощью туннелирования электронов в магнитном поле”, — говорит МИТ физики аспирант Далия Р. Клейн, Национального научного фонда-научный сотрудник и один из ведущих авторов газеты. Физики называют энергию, необходимую для выравнивания магнитного направлении противоположных слоев обменное взаимодействие. “Еще один способ думать об этом состоит в том, что обменное взаимодействие, сколько в смежных слоях хотите быть выровнен,” товарищ ведущий автор и Макнейлом постдока в MIT Дэвид предлагает.
Исследователи объясняют это изменение в энергии на несколько разных физических расположении атомов в 2-г хлорида хрома. “Атомы хрома образуют ячеистую структуру, в каждом слое, так что в принципе укладки соты по-разному”, — говорит Кляйн. “Большая вещь, мы доказываем, что магнитные и укладки заказы очень тесно связаны в этих материалах”.
«Наша работа показывает, каким образом магнитные свойства 2-х магнитов может отличаться очень существенно от их 3-Д аналоги”, — говорит старший автор Пабло Jarillo-Эрреро, Сесила и Иды Грин-профессор физики. “Это означает, что мы имеем сейчас новое поколение высокоэффективных перестраиваемых магнитных материалов, имеющих важные последствия как для новых фундаментальных физических экспериментов и потенциальных применений в спинтронике и квантовым информационным технологиям.»
Слои очень слабо сочетается в этих материалах, известное как Ван-дер-Ваальса магнитами, что позволяет легко удалить слой с 3-D кристалл с клейкой лентой. “Так же как и графен, связей внутри слоев очень сильная, но есть только очень слабое взаимодействие между соседними слоями, так что вы можете изолировать несколько слоев образцов с использованием ленты”, — говорит Кляйн.
Макнейлом и Клейн снизился в образцах хлорида хрома, построен и испытан наноэлектронных устройств, и проанализированы их результаты. Исследователи также обнаружили, что как трихлорид хрома охлаждается от комнатной температуры до криогенных температур, 3-Д кристаллов материала претерпевают структурные превращения, что кристаллы 2-й не. Это структурное различие объясняет более высокую энергию, необходимую для выравнивания магнетизме в 2-х кристаллов.
Исследователи измерили порядок укладки 2-х слоев с помощью рамановской спектроскопии и разработана математическая модель, объясняющая энергии, вовлеченной в изменение магнитного направления. Соавтор и Гарвардского университета постдок Даниэль т. Ларсон, он говорит, что исследуемый участок комбинационного данные, которые показали различия в пиковых месте с вращением образца треххлористого хрома, определяя, что изменение было вызвано узор укладки слоев. “Основываясь на этой связи, георгин и Дэвид были в состоянии использовать рамановскую спектроскопию, чтобы узнать подробности о кристаллической структуре своих устройств, что будет очень трудно измерить в противном случае”, — объясняет Ларсон. “Я думаю, этот метод будет очень полезное дополнение к набору для изучения ультра-тонких структур и устройств”. Кафедры материаловедения и инженерии аспирант Цянь песня проведены эксперименты рамановской спектроскопии в лаборатории доцента Массачусетского технологического института физики Риккардо пришел. Оба также являются соавторами статьи.
“Это исследование подчеркивает важность порядка наложения на понимании того, как эти ван-дер-Ваальса магниты вести себя в тонкий предел”, — говорит Кляйн.
Макнейл добавляет: “вопрос о том, почему кристаллы 2-D имеют разные магнитные свойства были озадачивает нас в течение длительного времени. Мы были очень рады, наконец, понять, почему это происходит, и это из-за структурного перехода.”
Эта работа основана на два года до исследования на 2-D магнитов, в которой Jarillo-Эрреро группа сотрудничала с исследователями из Университета Вашингтона под руководством профессора Сюй Сяодун, который держит совместные назначения на кафедрах материаловедения и инженерии, физики, электротехники и вычислительной техники и другие. Их работа, опубликованная в природе письмо в июне 2017 года, показали впервые, что другого материала с аналогичной кристаллической структурой — хром triiodide (CrI3) — тоже вели себя по-разному в 2-х мерном виде, чем в основной массе, с несколько слоев образцов показывает антиферромагнетизма в отличие от ферромагнитных 3-Д кристаллов.
Группа Jarillo-Эрреро пошли на шоу в мае 2018 научная работа, что triiodide хром выставлены резкое изменение электрического сопротивления в ответ на приложенное магнитное поле при низкой температуре. Эта работа показала, что туннелирование электронов является полезным зонд для изучения магнетизма в 2-х мерных кристаллов. Кляйн и Макнейл также были первыми авторами данной статьи.
Профессор Университета Вашингтона Сяодун Сюй говорит, что из последних находок, “в работе представлена очень умный подход, а именно комбинированные туннельные измерения поляризационных решен рамановской спектроскопии. Бывший чувствителен к прослойке антиферромагнетизма, в то время как последний представляет собой чувствительный зонд симметрии кристаллов. Такой подход дает новый метод, чтобы позволить другим в сообществе, чтобы раскрыть магнитные свойства слоистых магнетиков”.
“Эта работа совместно с несколькими другими недавно опубликованными работами”, — говорит Сюй. “Вместе, эти работы раскрыть уникальную возможность, слоистых ван-дер-Ваальса магниты, а именно инженерно магнитного порядка через контроль порядка наложения. Это полезно для произвольного создания новых магнитных состояний, а также для возможного применения в перестраиваемых магнитных устройств.”
Других авторов, пишущих в эту работу включают Efthimious Kaxiras, Джон Хасбрак Ван-Флековских профессор чистой и прикладной физики Гарвардского университета; студентом Гарварда Сянь фан; Университет штата Айова профессор (физика конденсированных сред) Поль С. Кэнфилд; штата Айова аспирант Минюй Сюй; и Ракель А. Рибейро, в Университет штата Айова и федерального университета ABC, на Санту-Андре, Бразилия. Эта работа была частично поддержана Центра комплексных квантовых материалов, департамент США Бюро Энергия науки основные программы Energy наук, Гордона и Бетти Мур EPiQS инициативе Фонда и Фонда Альфреда Слоуна.
