Uusien magneettisia ominaisuuksia omaavien kvanttimateriaalien löytämisen uskotaan tasoittavan tietä erittäin nopeille ja huomattavasti energiatehokkaammille tietokoneille ja mobiililaitteille. Toistaiseksi tämäntyyppisten materiaalien on osoitettu toimivan vain erittäin kylmissä lämpötiloissa. Nyt Chalmersin teknillisen yliopiston tutkimusryhmä Ruotsissa on saanut kaksiulotteisesta magneettisesta kvanttimateriaalista tehdyn laitteen toimimaan huoneenlämmössä.
Verkoissa kulkee valtavia määriä digitaalista dataa, joka täytyy tallentaa, käsitellä ja viestiä. Tämä liittyy jatkuvasti kasvavaan energiantarpeeseen – sen ennustetaan kuluttavan yli 30 prosenttia maailman kokonaisenergiankulutuksesta vuoteen 2050 mennessä. Ongelman torjumiseksi tutkimusyhteisö on siirtynyt uuteen materiaalitieteen paradigmaan. Levyksi muodostuvien, vain muutaman atomin paksuisten kaksiulotteisten kvanttimateriaalien tutkimus ja kehittäminen on avannut uusia ovia kestävään, nopeampaan ja energiatehokkaampaan tiedon tallentamiseen ja käsittelyyn tietokoneissa ja matkapuhelimissa.
Ensimmäinen atomisesti ohut materiaali, joka eristettiin laboratoriossa, oli grafeeni, yhden atomin paksuinen grafiittitaso, joka johti vuoden 2010 fysiikan Nobel-palkintoon. Vuonna 2017 löydettiin ensimmäistä kertaa kaksiulotteisia materiaaleja, joilla on magneettisia ominaisuuksia. Kaksiulotteiset magneettiset materiaalit eli kalvot ovat kestävämpiä, koska ne ovat atomisesti ohuita ja tarjoavat ainutlaatuisia magneettisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä houkuttelevia uusien energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden sovellusten kehittämiseen antureille sekä muisteille ja prosessoreille.
Toistaiseksi tutkijat ovat kyenneet osoittamaan kaksiulotteisia magneetteja vain erittäin alhaisissa lämpötiloissa laboratorioympäristöissä, niin sanotuissa kryogeenisissä lämpötiloissa, mikä estää niiden laajempaa käyttöä yhteiskunnassa. Mutta nyt ryhmä Chalmersin teknillisen yliopiston tutkijoita on pystynyt osoittamaan ensimmäistä kertaa uuden kaksiulotteisen magneettiseen materiaaliin perustuvan laitteen huoneenlämpötilassa. He käyttivät rautapohjaista metalliseosta (Fe5GeTe2) grafeenin kanssa, jota voidaan käyttää spin-polarisoituneiden elektronien lähteenä ja ilmaisimena. Läpimurron uskotaan nyt mahdollistavan erilaisia teknisiä sovelluksia useilla toimialoilla sekä jokapäiväisessä elämässämme.
- Näillä 2D-magneeteilla voidaan kehittää erittäin kompakteja, nopeampia ja energiatehokkaita muisteja tietokoneisiin. Niitä voidaan myös käyttää kehittämään erittäin herkkiä magneettisia antureita monenlaisiin sovelluksiin, mukaan lukien biolääketieteen ja ympäristön seurantaan, navigointiin ja viestintään, selittää Bing Zhao tohtorioopiskelija ja tutkimuksen pääkirjoittaja.