Struttura del dispositivo e caratterizzazione di base. un, Un'immagine AFM del dispositivo A. Barra della scala dell'altezza, ±40 nm. Seguendo la linea continua nera, abbiamo misurato un'altezza di 5.2 nm e una larghezza di 0.6 µm per questo dispositivo. B, V BG dipendenza dell'io SD misurato a V . fisso SD valori. C, Caratteristiche di uscita del dispositivo in funzione di V SD a V fixed fissa BG di 0 V. Tutte le misurazioni del trasporto di carica sono state eseguite a 1,5 K. Credito:DOI:10.1038/s41565-019-0467-1
Conosciamo tutti l'immagine degli elettroni che sfrecciano attorno al nucleo di un atomo e formano legami chimici in molecole e materiali. Ma ciò che è meno noto è che gli elettroni hanno un'ulteriore proprietà unica:lo spin. Difficile fare un'analogia, ma si potrebbe descrivere rozzamente lo spin dell'elettrone come una trottola che ruota attorno al proprio asse. Ma ciò che è ancora più interessante è che quando gli spin degli elettroni si allineano insieme in un materiale questo porta al noto fenomeno del magnetismo.
Uno dei settori tecnologici più all'avanguardia è la spintronica, uno sforzo ancora sperimentale per progettare e costruire dispositivi, come computer e memorie, che funzionano sulla rotazione degli elettroni anziché solo sul movimento delle cariche (che conosciamo come corrente elettrica). Ma tali applicazioni richiedono nuovi materiali magnetici con nuove proprietà. Per esempio, sarebbe un enorme vantaggio se il magnetismo si verificasse in uno strato di materiale estremamente sottile, i cosiddetti materiali bidimensionali (2-D) che includono il grafene, che è fondamentalmente uno strato di grafite dello spessore di un atomo.
Però, trovare materiali magnetici 2-D è impegnativo. Ioduro di cromo (CrI 3 ) ha recentemente rivelato molte proprietà interessanti, ma si degrada rapidamente in condizioni ambientali e la sua natura isolante non promette molto in termini di applicazioni di spintronica, la maggior parte dei quali richiede materiali magnetici metallici e stabili all'aria.
Ora, i gruppi di Andras Kis e Oleg Yazyev all'EPFL hanno trovato un nuovo magnete 2-D metallico e stabile all'aria:il diseleniuro di platino (PtSe 2 ). La scoperta è stata fatta da Ahmet Avsar, un postdoc nel laboratorio di Kis, che in realtà stava esaminando completamente qualcos'altro.
Per spiegare la scoperta del magnetismo in PtSe 2 , i ricercatori hanno utilizzato per la prima volta calcoli basati sulla teoria del funzionale della densità, un metodo che modella e studia la struttura di sistemi complessi con molti elettroni, come materiali e nanostrutture. L'analisi teorica ha mostrato che il magnetismo di PtSe 2 è causato dai cosiddetti "difetti" sulla sua superficie, che sono irregolarità nella disposizione degli atomi. "Più di un decennio fa, abbiamo trovato uno scenario in qualche modo simile per i difetti nel grafene, ma PtSe 2 è stata una sorpresa totale per noi, " dice Oleg Yazyev.
I ricercatori hanno confermato la presenza di magnetismo nel materiale con una potente tecnica di misurazione della magnetoresistenza. Il magnetismo era sorprendente, poiché PtSe . perfettamente cristallino 2 dovrebbe essere non magnetico. "Questa è la prima volta che si osserva un magnetismo indotto da difetti in questo tipo di materiali 2-D, ", afferma Andras Kis. "Espande la gamma di ferromagneti 2-D in materiali che altrimenti sarebbero trascurati da massicce tecniche di estrazione di database".
Rimozione o aggiunta di uno strato di PtSe 2 è sufficiente per cambiare il modo in cui gli spin parlano tra loro attraverso i livelli. E ciò che lo rende ancora più promettente è il fatto che il suo magnetismo, anche all'interno dello stesso strato, può essere ulteriormente manipolato posizionando strategicamente i difetti sulla sua superficie, un processo noto come "ingegneria dei difetti" che può essere realizzato irradiando la superficie del materiale con fasci di elettroni o protoni.
"Tali magneti metallici ultrasottili potrebbero essere integrati nei dispositivi di memoria ad accesso casuale magnetico (STT MRAM) di coppia di trasferimento di rotazione di prossima generazione", dice Ahmet Avsar. "I magneti 2-D potrebbero ridurre la corrente critica necessaria per cambiare la polarità magnetica, e aiutaci con un'ulteriore miniaturizzazione. Queste sono le principali sfide che le aziende sperano di risolvere".
