Berkeley/Stanford/Lemont (pte004/21.07.2021/06:15) – Den dünnsten 2D-Magneten der Welt, der bei Zimmertemperatur und selbst noch bei 100 Grad Celsius stabil ist, haben Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) http://lbl.gov kreiert. Er könnte die Basis für neue Datenspeicher werden. Auch für die Quantenphysik und die Spintronik, die nicht nur die elektrische Ladung eines Elektrons nutzt, sondern auch dessen magnetische Ausrichtung (Spin), könnte der 2D-Magnet neue Maßstäbe setzen.
Dünnfilm-Magnete 1.000 Mal dicker
Heutige Speicher bestehen typischerweise aus magnetischen Dünnfilmen. Auf atomarer Ebene aber sind sie eindeutig dreidimensional – hunderte oder tausende von Atomen dick. Seit Jahrzehnten haben Forscher nach Wegen gesucht, 2D-Magnete herzustellen und damit Daten mit einer viel höheren Dichte zu speichern. Es hat schon vielversprechende Ergebnisse gegeben, doch 2D-Magnete verloren schon nach kurzer Zeit ihre Anziehungskraft und waren bei Raumtemperatur chemisch instabil.
Das Team um Materialforscher Jie Yao hat den 2D-Magneten synthetisiert – ein kobaltdotierter Van-der-Waals-Zinkoxid-Magnet aus einer Lösung von Graphenoxid, Zink und Kobalt. Während einer mehrstündigen Wärmebehandlung in einem Vakuumofen entstand aus der Mischung eine einzelne Atomschicht aus Zinkoxid mit einigen Kobaltatomen, die zwischen Schichten aus Graphen eingeschlossen sind. Als „Bindemittel“ fungieren Sauerstoffatome. In einem letzten Schritt brannten die Forscher das Graphen weg, sodass nur noch die kobaltdotierte Zinkoxidfolie zurückblieb. „Es gibt keine größeren Hindernisse, unsere Herstellungsmethode zu industrialisieren und große Mengen kostengünstig herzustellen“, unterstreicht Yao.
Beweissicherung an drei Instituten
Um wissenschaftlich zu beweisen, dass der 2D-Film tatsächlich nur eine Atomlage dick ist, haben Yao und sein Team rasterelektronenmikroskopische Experimente in der Molecular Foundry des LBNL durchgeführt. So konnte die Morphologie des Materials identifiziert werden. Per transmissionselektronenmikroskopischer Bildgebung wurde das Material Atom für Atom analysiert. Weitere Untersuchungen fanden an anderen renommierten Forschungseinrichtungen der USA statt, wie dem Argonne National Laboratory http://www.anl.gov und dem SLAC National Accelerator Laboratory http://slac.stanford.edu .
„Ich glaube, dass die Entdeckung dieses neuen, robusten, wirklich zweidimensionalen Magneten bei Raumtemperatur ein echter Durchbruch ist“, verdeutlicht Co-Autor Robert Birgeneau, ebenfalls Materialwissenschaftler und Professor für Physik an der Univerity of California in Berkeley, der die magnetischen Messungen der Studie mit geleitet hat.
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Bildnachweise: Schematische Darstellung: So ist der 2D-Magnet aufgebaut (Grafik: lbl.gov) (nach Reihenfolge im Beitrag sortiert)
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