Ученые обнаружили, что некоторые ультратонкие магнитные материалы могут переключаться с изолятора на проводник под высоким давлением, и это явление может быть использовано при разработке электроники следующего поколения и устройств хранения памяти.
Международная группа исследователей, возглавляемая Кембриджским университетом, говорит, что их результаты, представленные в журнале Physical Review Letters, помогут понять динамическую связь между электронными и структурными свойствами материала, иногда называемого магнитным графеном, и может представлять новый способ производства двумерных материалов.
Магнитный графен, или тритиогипофосфат железа (FePS3), относится к семейству материалов, известных как материалы Ван-дер-Ваальса, и был впервые синтезирован в 1960-х годах. Однако в последнее десятилетие исследователи начали смотреть на FePS3 свежим взглядом. Подобно графену, двумерной форме углерода, FePS3 может расслаиваться в ультратонкие слои. Однако, в отличие от графена, FePS3 является магнитным.
Выражение для собственного источника магнетизма электронов известно как спин. Спин заставляет электроны вести себя как крошечные стержневые магниты и выстраиваться определенным образом. Магнетизм от расположения электронных спинов используется в большинстве устройств памяти и важен для разработки новых технологий, таких как спинтроника, которые могут изменить способ обработки информации компьютерами.
Несмотря на необычайную прочность и проводимость графена, тот факт, что он не является магнитным, ограничивает его применение в таких областях, как магнитное накопление информации и спинтроника, и поэтому исследователи искали магнитные материалы, которые можно было бы использовать в устройствах на основе графена.
Для своего исследования физики раздавили слои FePS3 вместе под высоким давлением (около 10 Гигапаскалей), в результате чего они обнаружили, что он переключался между изолятором и проводником, явление, известное как переход Мотта. Проводимость также может быть настроена путем изменения давления.
Эти материалы характеризуются слабыми механическими силами между плоскостями их кристаллической структуры. Под давлением плоскости сжимаются вместе, постепенно и управляемо выталкивая систему из трех в два измерения и из изолятора в металл.
Исследователи также обнаружили, что даже в двух измерениях материал сохранил свой магнетизм. «Магнетизм в двух измерениях почти противоречит законам физики из-за дестабилизирующего воздействия флуктуаций, но в этом материале, похоже, это правда», — сказал Себастьян Хейнс, первый автор статьи.
Материалы являются недорогими, нетоксичными и простыми в синтезе, и при дальнейшем исследовании могут быть включены в устройства на основе графена.
«Мы продолжаем изучать эти материалы, чтобы построить глубокое теоретическое понимание их свойств», — сказал Хейнс. «Это понимание в конечном итоге послужит основой для разработки устройств, но нам нужны хорошие экспериментальные подсказки, чтобы дать теории хорошую отправную точку. Наша работа указывает на захватывающее направление для производства двумерных материалов с перестраиваемыми и соединенными электрическими, магнитными и электронными свойствами»
C. R. S. Haines et al. Pressure-Induced Electronic and Structural Phase Evolution in the van der Waals Compound FePS3, Physical Review Letters (2018). DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.266801