Físicos acaban de crear el imán más fino del mundo, con solo un átomo de espesor

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Físicos acaban de crear el imán más fino del mundo, con solo un átomo de espesor

Ilustración de acoplamiento magnético en el material. / Laboratorio de U. Berkeley

Científicos en EE.UU. han creado un diminuto artefacto que parece desafiar la física: un imán de solo un átomo de espesor. La oblea ultrafina funciona a temperatura ambiente, lo que un nuevo camino hacia el desarrollo de una nueva tecnología informática y la investigación de la física cuántica. El trabajo fue publicado en Nature Communications

“Los imanes 2D de última generación necesitan temperaturas muy bajas para funcionar. Pero, por razones prácticas, un centro de datos debe funcionar a temperatura ambiente”, explicó el científico de materiales Jie Yao de la Universidad de California en Berkeley. “Nuestro imán 2D no solo es el primero que funciona a temperatura ambiente o superior, también es el primer imán en alcanzar el verdadero límite 2D”. 

El nuevo material 

Este asombroso avance se logró gracias a un material llamado óxido de zinc de van der Waals dopado con cobalto. El óxido de grafeno se sumerge en acetato dihidratado de zinc y cobalto, cuyas proporciones se miden cuidadosamente.  

Cuando se hornea al vacío, esta mezcla se enfría lentamente en una sola capa de óxido de zinc intercalado con átomos de cobalto, intercalados entre capas de grafeno. Un paso de horneado en el aire quema el grafeno, dejando la capa única de óxido de zinc dopado con cobalto.

Luego, el equipo utilizó microscopía electrónica de barrido para confirmar el grosor de un solo átomo de la estructura. Finalmente, mediante la microscopía electrónica de transmisión obtuvieron imágenes de la estructura y composición del cristal, átomo por átomo. Descubrieron que la película 2D resultante era magnética, pero su forma exacta dependía de la cantidad de cobalto esparcido entre el óxido de zinc. 

Resultó que, alrededor del 5% al 6%, el magnetismo era bastante débil Duplicado a aproximadamente el 12%, el material se volvió muy magnético. Al 15%, el material era ya tan magnético que los giros localizados dentro del material comenzaron a competir entre sí (una condición conocida como frustración). Esto puede obstaculizar el orden magnético dentro de un sistema. Entonces, parece ser que alrededor del 12% es el punto óptimo del cobalto.

Temperatura ambiente

Aun así, la película se mantuvo magnética y químicamente estable no solo a temperatura ambiente, sino hasta temperaturas de alrededor de 100 grados Celsius, aunque el óxido de zinc no es un material ferromagnético. «Nuestro sistema magnético 2D muestra un mecanismo distinto en comparación con los imanes 2D anteriores», afirmó el científico de materiales, Rui Chen. «Y creemos que este mecanismo único se debe a los electrones libres en el óxido de zinc». 

Los investigadores creen que los electrones libres en el óxido de zinc podrían funcionar como intermediarios que mantienen a los átomos de cobalto magnético en la película orientados en la misma dirección, incluso a altas temperaturas. Un análisis más profundo dará pase a todo un nuevo campo de aplicaciones. 

Las posibilidades son buenas: la película en sí es flexible y su fabricación escalable. Una vía es estudiar las interacciones magnéticas entre átomos, lo que tiene implicaciones para la física cuántica. Otro es la espintrónica, el estudio del espín de los electrones. De igual forma, su uso estaría previsto para la fabricación de dispositivos de memoria livianos y flexibles, que se basan en cambiar la orientación del campo magnético para codificar datos binarios

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