چگونه آهنرباهای لایه نازک را تقویت کنیم؟

به گزارش ایسنا، مواد دو بعدی که تنها چند اتم ضخامت دارند، امکانات جالب توجهی را برای فناوری های جدید ارائه می دهند. این تیم تحقیقاتی روی لایه های نازک از جنس آهن، ژرمانیوم و تلوریم(FGT) متمرکز شد، آن ها با کمک این ساختار موفق به ساخت آهنربای نانومقیاس شدند. این گروه با انجام عملیات شیمیایی، خواص مغناطیسی لایه نازک آهن، ژرمانیوم و تلوریم را تغییر داده به طوری که به عملکرد هزار برابر بهتر از روش های رایج رسیدند.

به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، مایکل شاتروک، سرپرست این تیم و استاد پژوهشی گروه شیمی و بیوشیمی دانشگاه ایالتی فلوریدا می گوید: «مواد دو بعدی به دلیل شیمی، فیزیک و کاربردهای بالقوه شان واقعاً جذاب هستند. ما به سمت توسعه دستگاه های الکترونیکی کارآمدتر حرکت می کنیم که انرژی کمتری مصرف می کنند، سبک تر، سریع تر و پاسخگوتر هستند. مواد دو بعدی بخش بزرگی از این معادله هستند، اما هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا آنها را بتوانیم در صنعت استفاده کنیم. تحقیقات ما بخشی از تلاش در این مسیر است.»

این مطالعه با لایه برداری فاز مایع آغاز شد، روشی برای پردازش محلول که مقادیر زیادی نانوصفحات دوبعدی را از کریستال های لایه ای ایجاد می کند. این تیم تحقیقاتی متوجه شدند که شیمیدانان دیگر از این روش برای ایجاد نیمه هادی های دو بعدی استفاده کردند، بنابراین تصمیم گرفتند از آن برای مواد مغناطیسی استفاده کنند.

شیمیدانان می توانند میزان بیشتری از این مواد را با استفاده از لایه برداری فاز مایع در مقایسه با روش لایه برداری مکانیکی رایج تر، تولید کنند. محققان توانستند با استفاده از این روش، 1000 برابر بیشتر از روش های لایه برداری مکانیکی سنتی، مواد دوبعدی ایجاد کنند.

مایکل شاتروک می افزاید: «این اولین قدم بود و متوجه شدیم که این روش بسیار کارآمد است. هنگامی که لایه برداری را انجام دادیم، فکر کردیم، خوب، لایه برداری این ساختارها آسان به نظر می رسد. اگر با کمک مواد شیمیایی این نانوصفحات را لایه برداری کنیم چه می شود؟»

فرآیند لایه برداری موفقیت آمیز آن ها FGT کافی تولید کرد تا تحقیقات بیشتری در مورد شیمی این مواد انجام دهند. این تیم نانوصفحات FGT را با یک ترکیب آلی به نام 7،7،8،8-تتراسیانوکینودیمتان(TCNQ) ترکیب کردند. این فرآیند الکترون ها را از نانوصفحات FGT به مولکول های TCNQ منتقل کرد و در نتیجه ماده جدیدی به نام FGT-TCNQ ایجاد شد.

پیشرفت دیگر ایجاد یک آهنربای دائمی با توان مغناطیسی افزایش یافته بود. در حالی که پیشرفته ترین آهنرباهای دائمی می توانند در برابر میدان های مغناطیسی چندین تسلا مقاومت کنند، دستیابی به مقاومت مشابه در آهنرباهای دوبعدی مانند FGT بسیار چالش برانگیزتر است. محققان با لایه برداری کریستال های FGT به نانوصفحات، ماده ای با قدرت مغناطیسی حدود 0٫1 تسلا ایجاد کردند که هنوز برای بسیاری از کاربردهای عملی کافی نیست. با این حال، هنگامی که آن ها TCNQ را به نانوصفحات FGT اضافه کردند، این توان مغناطیسی پنج برابر افزایش یافت و به 0٫5 تسلا رسید. این نتایج فرصت های امیدوارکننده ای را برای استفاده از آهن رباهای دوبعدی درحوزه هایی مانند ذخیره سازی داده، فیلتر چرخشی و محافظ الکترومغناطیسی باز می کند.

برخلاف آهنرباهای الکترومغناطیسی که برای تولید میدان مغناطیسی به الکتریسیته نیاز دارند، آهنرباهای دائمی به تنهایی میدان مغناطیسی پایدار ایجاد می کنند. این آهن رباها در بسیاری از فناوری ها، از جمله بلندگوها، توربین های بادی، تلفن های همراه، هارد دیسک ها و دستگاه های MRI، اجزای حیاتی هستند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Opening the Hysteresis Loop in Ferromagnetic Fe3GeTe2 Nanosheets Through Functionalization with TCNQ Molecules در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است.

انتهای پیام