Il cloruro di cromo e il bromuro di cromo erano noti in passato come alogenuri di metalli di transizione con magnetizzazione nel piano e fuori dal piano. I ricercatori del Boston College hanno scoperto un modo per produrre alogenuri misti con tutta la composizione tra questi due parametri. Il risultato di questa "chimica mista degli alogenuri" era una combinazione di cloruro di cromo e bromuro in cui le regolazioni del rapporto tra cloro e bromo possono essere variate continuamente. Il team ha osservato un cambiamento continuo della magnetizzazione da in piano a fuori piano mentre regolava il rapporto. Nell'immagine sono mostrati piccoli cristalli di alogenuri misti di cromo con diversi rapporti tra cloro e bromo. Credito:Fazel Tafti, Boston College
fisici, chimici, e gli scienziati dei materiali hanno sondato la natura dei materiali magnetici stratificati per diversi decenni, alla ricerca di indizi sulle proprietà di questi materiali che sono più complessi di quanto appaiano.
Il materiale stratificato ricorda la struttura di un libro. Da una distanza, sembra un solido oggetto tridimensionale ma se esaminato più da vicino, è fatto dall'impilamento di molti piatti, fogli bidimensionali simili alle pagine di un libro.
Durante l'ultimo decennio, gli scienziati hanno perseguito l'"esfoliazione" di materiali magnetici stratificati, un processo mediante il quale un materiale viene sistematicamente scisso fino a isolare un singolo foglio atomico.
Un singolo foglio atomico di un materiale stratificato magnetico consente ai ricercatori di fabbricare atomicamente piatti, dispositivi magnetici ultrasottili. Come esempio, gli scienziati hanno costruito "memorie magnetiche" ultrasottili, fogli atomici singoli in cui le informazioni sono memorizzate nell'orientamento direzionale della magnetizzazione degli atomi.
La magnetizzazione di un materiale stratificato è tipicamente orientata parallela o perpendicolare al piano degli atomi. In altre parole, la magnetizzazione tende a puntare "nel piano" o "fuori piano", indicando ciò che è noto come anisotropia magnetica.
Finora, gli scienziati erano a conoscenza solo dei limiti nel piano o fuori piano dell'anisotropia magnetica. In altre parole, la capacità di controllare l'orientamento del magnetismo era definita solo dai due parametri dell'anisotropia.
In un nuovo rapporto in Materiale avanzato , i ricercatori del Boston College dimostrano che l'anisotropia magnetica può essere continuamente sintonizzata tra i due limiti di piano e fuori piano. Il team riferisce di aver ottenuto questo progresso nell'arena dei dispositivi magnetici ultrasottili puntando con successo la magnetizzazione verso qualsiasi direzione dello spazio anziché solo nel piano o fuori piano.
"Oltre alla direzione di magnetizzazione, il nostro team ha dimostrato che tutte le proprietà di questi materiali a strati compreso l'assorbimento della luce, distanza tra gli strati, e la temperatura della transizione magnetica può essere controllata continuamente a qualsiasi valore desiderato, ", ha affermato Fazel Tafti, assistente professore di fisica del Boston College, autore principale del paper. "Questo è un passo avanti nella messa a punto delle proprietà dei materiali per l'industria dei dispositivi ottici e magnetici".
Per fare il materiale, un team guidato da Tafti e dal professore associato di fisica del Boston College Kenneth Burch ha sviluppato un approccio di "chimica mista degli alogenuri" in cui i ricercatori hanno combinato diversi atomi di alogenuro, come cloro o bromo, intorno a un metallo di transizione come il cromo.
Regolando la composizione relativa del cloro in bromo, i ricercatori sono stati in grado di regolare un parametro interno a livello atomico noto come accoppiamento spin-orbita che è la fonte dell'anisotropia magnetica, disse Tafti.
La metodologia di sintonizzazione consente di ingegnerizzare la quantità di accoppiamento spin-orbita e l'orientamento dell'anisotropia magnetica a livello atomico, ha riferito la squadra.
Tafti ha affermato che l'avanzamento di questi tipi di materiali costituirà la base dei dispositivi magnetici ultrasottili di prossima generazione. Nel futuro, questi dispositivi potrebbero un giorno sostituire i transistor ei chip elettrici utilizzati oggi. A causa della loro scala atomica, Tafti ha detto, ulteriori progressi probabilmente ridurranno le dimensioni dei dispositivi magnetici poiché le capacità consentono di comporre informazioni magnetiche su questi fogli atomicamente piatti.
"Da qui, continueremo a spingere le frontiere dei materiali a strati magnetici producendo alogenuri misti di metalli di transizione diversi dal cromo, " ha detto Tafti. "Il nostro team ha dimostrato che la chimica degli alogenuri misti non è limitata al cromo e può essere generalizzata a oltre 20 altri metalli di transizione. Il co-responsabile del progetto, Kenneth Burch, sta cercando di interfacciare artificialmente diversi strati magnetici in modo che le proprietà di uno strato influenzino quello adiacente. Tali metamateriali possono modificare la propagazione della luce in uno strato in base alla direzione del magnetismo nello strato vicino e viceversa, una proprietà nota come effetto magneto-ottico".
