世上最薄磁性材料僅 1 個原子厚,能在室溫下大幅提升數據儲存密度

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 23 日 17:31 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


幾十年來,研究人員一直在尋找如何製造更薄更小的二維磁鐵,從而能以更高密度存儲數據,但過去最先進的二維磁鐵需在極低溫度下才能發揮作用。現在,美國勞倫斯柏克萊國家實驗室與加州大學柏克萊分校團隊成功開發能在室溫下維持穩定磁性的世上最薄二維磁性材料,為電腦和電子領域帶來創新突破。

2017 年時,團隊研究了名為三碘化鉻(chromium(III) iodide)的鐵磁材料,發現這種材料在被切成一個原子厚度時仍可保持磁性,只不過缺點為室溫下會失去磁性,僅能在極低溫環境運作,嚴重限制該材料實用性,畢竟數據中心溫度通常控制在 20~25℃ 室溫下。

為解決這缺點,團隊找上了另一種材料。

研究人員在實驗中烘乾氧化石墨烯(graphene oxide)、鋅、鈷的混合物,將其轉化為一層散佈少量鈷原子的氧化鋅,留下厚度僅一個原子厚的磁性 2D 薄膜。

接著繼續進行實驗,團隊發現可以透過改變材料中鈷的含量來調整磁性,濃度 5~6% 的鈷原子會產生相對較弱的磁體材料,濃度提高到 12% 則會產生強磁性,若再繼續提高到 15% 則會出現量子挫折性,即材料內發生相互衝突的磁態,因此 12% 濃度應為最佳狀態。

最重要的是,該團隊發現與早期研究的 2D 磁體不同,新材料不僅在室溫下維持磁性,連加加熱至 100℃ 高溫也還能保有磁性,研究作者 Rui Chen 表示,這種獨特機制可能與氧化鋅中的自由電子有關。

如今儲存設備仍依賴於超薄三維磁性薄膜,且厚度至少為數百~數千個原子厚度,如果僅一個原子厚度的磁性材料問世,將能大幅提升數據儲存密度。

新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

▲ 更薄的二維磁性材料能大幅提升數據儲存密度。

(圖片來源:勞倫斯柏克萊國家實驗室