Kaksidimensionaalinen magnetismi on pitkään kiehtonut ja motivoinut tutkijoita, koska sen uudet mahdollisuudet halutaan vapauttaa nanorakenteissa. Osittain kiinnostusta ajaa ennuste, jonka mukaan elektronien spinit eivät enää pysty yhdenmukaistumaan täysin puhtaissa järjestelmissä.
Kaksiulotteisia rakenteita on jo pitkään pidetty koossa van der Waals -voimilla ja äskettäin menettelyä on laajennettu myös magneettisiin materiaaleihin. Se voi tarjota yhden kunnianhimoisimmista alustoista aineen faasien manipulointiin nanomittakaavassa, kirjoittavat Boston Collegen, Tennesseen yliopiston ja Seoul National Universityn tutkijat Nature-lehden "Magnetismi kaksiulotteisessa van der Waals -materiaaleissa" -tutkimusjulkaisussaan.
Tutkijat iloitsevat 2D-materiaalien joustavuudesta tehdä erilaisia yhdistelmiä ja tutkia niitä varsin helposti melkein vain tavallisen teipin avulla. Näiden materiaalien yksittäisissä kerroksissa tutkijat ovat keskittyneet spiniin eli elektronin magneettiseen momenttiin. Kun elektronin varausta voidaan käyttää joko "off" tai "on" -tilassa spinien herätteet, tarjoavat useita ohjaus- ja mittauspisteitä, mikä tarjoaa valtavan mahdollisuuksien laajenemisen käsitellä tallentaa tai välittää informaatiota pienimmissä mahdollisissa tiloissa.
Koska jokaisella elektronilla on magneettinen momentti, on mahdollista tallentaa informaatiota näiden momenttien suhteellisten suuntien avulla. Tällöin käytössä ovat kaikki ykkösen ja nollan välillä olevat arvot.
Vaikka kyse on perustutkimuksesta tutkijoiden mukaan magneettiset 2D-atomitason kiteet voivat realisoida esimerkiksi suprajohtavia, magneettisia tai topologisia faaseja. Näillä uusilla faaseilla olisi sovelluksia erilaisissa tietojenkäsittelyn muodoissa, olivatpa ne sitten spintroniikkaa, tuottaa korkean lämpötilan suprajohteita, magneettisia ja optisia antureita tai topologista kvanttilaskentaa.
Kalifornian yliopisto Irvinen (UCI) fyysikot ovat löytäneet uuden tavan hallita magneetteja nanometrien tasolla sähkövirralla. Tämä läpimurto saattaa avata tietä seuraavan sukupolven energiatehokkaille tietokoneille ja datakeskuksille.
- On yhä enemmän kiinnostusta käyttää magneettisia nanopartikkeleita uudentyyppiseen tietojenkäsittelyyn, kuten neuromorfiseen laskentaan, sanoo Irvinen professori Ilya Krivorotov.
Uudella tekniikalla on yllättävä yhteys Lord Kelvinin (William Thomson) vunna 1856 julkaistuun tutkimukseen, jossa todettiin, että nikkelissä vaikuttavan magneettisen voiman suunnan muutos vaikuttaa sähkövirran virtaukseen tällä ferromagneettisella metallilla.
Krivorotov ja hänen jatko-opiskelijansa Eric Montoya ja Christopher Safranski totesivat, että myös käänteinen on totta: Sähkövirta voi käyttää vääntömomenttia ja suunnata uudelleen metallin magnetismia.
Vääntömomentin tehokkuus kasvaa, kun magneetin koko pienenee, mikä parantaa tämän ominaisuuden elinkykyä teknisissä sovelluksissa nanomittakaavan rakenteissa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.11.2018
