Lõpuks ometi avastatud: kahedimensiooniline magnet kleeplindi küljes
Sedamööda, kuidas uuenduslike unistuste ellurakendamine nõuab üha kiiremaid ja pisemaid seadmeid, otsivad uurijad üha uusi, kompaktsemaid, tõhusamaid ja usaldusväärsematel viisidel täppisjuhitavaid magnetmaterjale.
Washingtoni ülikooli ja Massachusettsi tehnoloogiainstituudi uurijaist koosnev töörühm on esmakordselt täheldanud magnetismi-ilminguid nn monokihilistes materjalides (ingl monolayers) ehk materjalides, mille paksus piirdub ainult ühe kihi aatomitega. 8. juunil teadusžurnaalis Nature ilmunud tulemused näitavad, et magnetilised omadused on võimalikud isegi kahemõõtmelises maailmas — ja et neil on hulgaliselt potentsiaalseid rakendusi.
Washingtoni ülikooli materjaliteaduste ja tehnilise füüsika professori Xiaodong Xu ja MIT füüsikaprofessori Pablo Jarillo-Herrero juhitud rahvusvaheline töörühm tõendas, et uuritud materjalis — kroom-tri-jodiidis (tähistusega CrI3) — säilivad magnetilised omadused ka monokihilisel kujul.
Teised teadlased, nende hulgas seekordse uurimuse kaasautor Michael McGuire Oak Ridge’i riikliku laboratooriumi juurest, on varem näidanud, et oma mitmekihilisel, kristallilisel kujul on CrI3 ferromagnetiline. Ferromangnetilistes materjalides joonduvad koostiselektronide spinnid nagu tillukesed, subatomaarsed magnetid ühes suunas ka ilma välise magnetvälja mõjuta.
Seni polnud ükski ruumilisel kujul magnetiline aine pärast üheainsa aatomi paksuseks leheks õhendamist oma magnetilisi omadusi siiski säilitanud. Küll aga ilmutavad paljud monokihilised materjalid mitmeid muid ainulaadseid omadusi, mida ei ole täheldatud nende mitmekihiliste, s.t ruumiliste e kolmemõõtmeliste vormide juures.
Monokihilise materjali aatomeid peetakse „funktsionaalses mõttes“ kahemõõtmelisteks e tasapinnalisteks sellepärast, et nende elektronid saavad liikuda ainult aatomlehe pinnal nagu vigurid malelaual.
CrI3 suurema, ruumilise kristallvormi küljest aatomipaksuste kihtide „hööveldamiseks“ rakendasid uurijad tavalist kleeplinti.
„Kleeplint on kolmemõõtmelise kristalli küljest monokihtide koorimiseks üllatavalt tõhus vahend,“ nentis üks uurimuse juhtivatest autoritest, Washingtoni ülikooli doktorand Genevieve Clark. „Sedasama lihtsat ja odavat tehnikat kasutati esmakordselt ka grafiidi kahemõõtmelise vormi grafeeni saamiseks, ning seda on hiljem edukalt rakendatud paljude muude materjalide juures.“
Polariseeritud valguse kiire peegeldumisel ferromagnetilise materjali pinnalt jääb elektroni joondatud spinnidest maha reetlik signatuur. Uurijad tuvastasid vastava signatuuri CrI3 monokihi juures spetsiaalse mikroskoopilise vaatlustehnika abil. Tegemist on esimese korraga, mil isoleeritud monokiht-materjalis on tuvastatud kindlaid märke ferromagnetilisusest.
Üllataval kombel ei täheldatud samasugust optilist signatuuri aga kahe kihi paksustes kroom-tri-jodiidlehtedes. See annab mõista, et elektronide spinnid joonduvad neis teineteise suhtes vastandlikult. Taolist nähtust nimetatakse anti-ferromagnetiliseks konfiguratsiooniks (ingl anti-ferromagnetic ordering).
Kolmekihiline CrI3-leht ilmutas taas ferromegnetismi-signatuuri. Tulevikus peavad teadlased läbi viima täiendavaid katseid mõistmaks, millest tulenevad CrI3 sellised märkimisväärsed, kihtide arvust sõltuvad magnetilised faasid. Xu jaoks on need aga vaid mõned tõeliselt ainulaadsetest omadustest, mis on saavutatavad monokihiliste materjalide kombineerimisega.
