ملخص:
يحل مجهر النيتروجين واسع المجال والفائق الحساسية مشكلة عدم وجود طريقة لمعرفة مدى القوة المغناطيسية للمادة ثنائية الأبعاد بالضبط.
أظهر باحثون أستراليون وزملاؤهم من روسيا والصين أنه من الممكن دراسة الخصائص المغناطيسية للمواد فائقة الرقة مباشرةً ، عبر تقنية الفحص المجهري الجديدة التي تفتح الباب لاكتشاف المزيد من المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد (2D)، بكل أنواع التطبيقات المحتملة.
نُشرت النتائج في مجلة Advanced Materials ، وهي نتائج مهمة لأن التقنيات الحالية المستخدمة لتوصيف المغناطيس الطبيعي (ثلاثي الأبعاد) لا تعمل على مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين نظرًا لحجمها الصغير للغاية - بسمك ذرات قليلة.
قال الدكتور جان فيليب تيتيان من كلية الفيزياء بجامعة ملبورن ومركز حساب الكم وتكنولوجيا الاتصالات: "حتى الآن لا توجد طريقة لمعرفة مدى قوة مغناطيسية مادة ثنائية الأبعاد".
"هذا هو ، إذا كنت ستضع المادة ثنائية الأبعاد على باب الثلاجة مثل مغناطيس الثلاجة العادي ، ما مدى قوة التصاقها به. هذه هي أهم خاصية للمغناطيس."
لمعالجة المشكلة ، استخدم الفريق ، بقيادة البروفيسور لويد هولينبرج ، مجهر النيتروجين واسع المجال والفائق الحساسية ، وهو أداة طوروها مؤخرًا تتمتع بالحساسية اللازمة والدقة المكانية لقياس قوة المادة ثنائية الأبعاد.
وأوضح البروفيسور هولينبيرج: "في جوهرها ، تعمل هذه التقنية من خلال جلب أجهزة استشعار مغناطيسية دقيقة (ما يسمى بمراكز شغور النيتروجين ، وهي عيوب ذرية في قطعة من الماس) قريبة للغاية من المادة ثنائية الأبعاد من أجل استشعار مجالها المغناطيسي.
لاختبار هذه التقنية ، اختار العلماء دراسة ثلاثي يوديد الفاناديوم (VI3) حيث كانت القطع ثلاثية الأبعاد الكبيرة من VI3 معروفة بالفعل بكونها مغناطيسية بقوة.
باستخدام المجهر الخاص بهم ، أظهروا الآن أن الصفائح ثنائية الأبعاد من VI3 هي أيضًا مغناطيسية ولكن ضعف ضعفها في الشكل ثلاثي الأبعاد. بمعنى آخر ، سيكون إخراجها من باب الثلاجة ضعفًا.
قال الدكتور تيتيان: "كانت هذه مفاجأة بعض الشيء ، ونحن نحاول حاليًا فهم سبب ضعف المغنطة في الأبعاد الثنائية ، وهو أمر مهم للتطبيقات".
قال البروفيسور أرتيم أوجانوف من معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا (سكولتيك) في موسكو إن النتائج لديها القدرة على إطلاق تكنولوجيا جديدة.
"قبل بضع سنوات فقط ، شك العلماء في أن المغناطيس ثنائي الأبعاد ممكن على الإطلاق. مع اكتشاف ثنائي الأبعاد للمغناطيس الحديدي VI3 ، ظهرت فئة جديدة مثيرة من المواد. تعني فئات جديدة من المواد دائمًا ظهور تقنيات جديدة ، لكل من دراسة هذه المواد وتسخير خصائصها ".
يخطط الفريق الدولي الآن لاستخدام مجهرهم لدراسة المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد الأخرى بالإضافة إلى الهياكل الأكثر تعقيدًا ، بما في ذلك تلك التي من المتوقع أن تلعب دورًا رئيسيًا في الإلكترونيات المستقبلية الموفرة للطاقة.
تشمل المنظمات الأخرى المشاركة في البحث جامعة بازل وجامعة RMIT وجامعة نانجينغ للبريد والاتصالات السلكية واللاسلكية ومعهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا وجامعة نورث وسترن للفنون التطبيقية وجامعة رينمين الصينية.
المصدر