_ Magnetic cu o ciupire de hidrogen: Echipa de cercetare dezvoltă o nouă idee de îmbunătățire a proprietăților materialelor ultra-subțiri

Materialele magnetice bidimensionale constând dintr-unul sau câteva straturi atomice au devenit cunoscute abia recent și promit aplicații interesante, de exemplu pentru electronica viitorului. Până acum însă, nu a fost posibil să se controleze suficient de bine stările magnetice ale acestor materiale.

O echipă de cercetare germano-americană condusă de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) și Universitatea din Dresda din Dresda. Technology (TUD) prezintă, în jurnalul Nano Letters, o idee inovatoare care ar putea depăși acest neajuns — permițând stratului 2D să reacționeze cu hidrogenul.

Materialele 2D sunt ultra-subțiri, în unele cazuri constând din un singur strat atomic. Datorită proprietăților lor speciale, această clasă încă tânără de materiale oferă perspective interesante pentru spintronica și stocarea datelor. În 2017, experții au descoperit o nouă variantă - materiale 2D care sunt magnetice. Cu toate acestea, până acum, aceste sisteme au fost dificil de comutat înainte și înapoi între două stări magnetice - o condiție prealabilă pentru construcția de noi tipuri de componente electronice - prin influențe chimice vizate.

Pentru a depăși această problemă, o cercetare echipa de la HZDR și TUD condusă de liderul junior al grupului de cercetare Rico Friedrich și-a pus ochii pe un grup special de materiale 2D: straturi obținute din cristale în care există legături chimice relativ puternice: așa-numitele materiale 2D non-van der Waals.

În urmă cu douăzeci de ani, ultimii câștigători ai Premiului Nobel pentru Fizică, Konstantin Novoselov și Andre Geim, au reușit să producă pentru prima dată un material 2D într-o manieră țintită. Folosind bandă adezivă, au desprins un strat subțire dintr-un cristal de grafit, izolând astfel carbonul cu un singur strat, așa-numitul grafen. Trucul simplu a funcționat, deoarece straturile individuale de grafit sunt legate doar slab din punct de vedere chimic. De altfel, tocmai asta face posibilă trasarea liniilor pe hârtie cu un creion.

„Numai în ultimii ani a fost posibilă desprinderea straturilor individuale de cristale prin procedee pe bază de lichid, în care straturile sunt mult mai puternic legate decât în ​​grafit”, explică Rico Friedrich, șeful grupului de cercetare junior „DRESDEN-concept” AutoMaT.

„Materialele 2D rezultate sunt mult mai active din punct de vedere chimic decât grafenul, de exemplu. " Motivul: aceste straturi au legături chimice nesaturate pe suprafața lor și, prin urmare, o tendință puternică de a se lega de alte substanțe.

Friedrich și echipa sa au venit cu următoarea idee: dacă suprafața reactivă a acestor materiale 2D ar fi făcut să reacționeze cu hidrogenul, ar trebui să fie posibil să se influențeze în mod specific proprietățile magnetice ale straturilor subțiri. Cu toate acestea, nu era clar care dintre sistemele 2D era deosebit de potrivit pentru acest lucru.

Pentru a răspunde la această întrebare, experții au analizat baza de date dezvoltată anterior de 35 de materiale 2D noi și au efectuat calcule detaliate și extinse folosind densitatea. teoria funcțională.

Provocarea a fost de a asigura stabilitatea sistemelor pasivate cu hidrogen din punct de vedere energetic, dinamic și termic și de a determina starea magnetică corectă — sarcină care putea fi îndeplinită doar cu suportul a mai multor centre de calcul de înaltă performanță.

Când munca grea a fost făcută, au rămas patru materiale 2D promițătoare. Grupul a aruncat o privire mai atentă asupra acestora încă o dată. „În final, am reușit să identificăm trei candidați care ar putea fi activați magnetic prin pasivarea hidrogenului”, raportează Friedrich. Un material numit titanat de cadmiu (CdTiO3) sa dovedit a fi deosebit de remarcabil - devine feromagnetic, adică un magnet permanent, prin influența hidrogenului.

Cei trei candidați tratați cu hidrogen ar trebui să fie ușor de controlat magnetic și, prin urmare, ar putea fi potriviti pentru noi tipuri de componente electronice. Deoarece aceste straturi sunt extrem de subțiri, ele ar putea fi integrate cu ușurință în componentele dispozitivelor plate — un aspect important pentru potențiale aplicații.

„Următorul pas este să ne confirmăm experimental constatările teoretice”, spune Rico Friedrich. „Și mai multe echipe de cercetare încearcă deja să facă acest lucru, de exemplu la Universitatea din Kassel și la Institutul Leibniz pentru Cercetarea în stare solidă și a materialelor din Dresda”. Dar și la HZDR și TUD cercetările asupra materialelor 2D continuă: printre altele, Friedrich și echipa sa lucrează la noi tipuri de materiale 2D care ar putea fi relevante pentru conversia și stocarea energiei pe termen lung.

Un accent se pune pe posibila scindare a apei în oxigen și hidrogen. Hidrogenul verde obținut în acest fel ar putea fi apoi folosit, de exemplu, ca mediu de stocare a energiei în perioadele în care există prea puțină energie solară și eoliană disponibilă.

(Fluierul)