22.09.2020 - University of Melbourne

El nano-microscopio da la primera observación directa de las propiedades magnéticas de los materiales 2D

El descubrimiento significa una nueva clase de materiales y tecnologías

Los investigadores australianos y sus colegas de Rusia y China han demostrado que es posible estudiar las propiedades magnéticas de los materiales ultrafinos directamente, a través de una nueva técnica de microscopía que abre la puerta al descubrimiento de más materiales magnéticos bidimensionales (2D), con todo tipo de aplicaciones potenciales.

Publicado en la revista Advanced Materials, los hallazgos son significativos porque las técnicas actuales utilizadas para caracterizar los imanes normales (tridimensionales) no funcionan en materiales 2D como el grafeno debido a su tamaño extremadamente pequeño - unos pocos átomos de espesor.

"Hasta ahora no ha habido forma de decir exactamente cuán magnético era un material 2D", dijo el Dr. Jean-Philippe Tetienne de la Escuela de Física de la Universidad de Melbourne y del Centro de Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación.

"Es decir, si colocas el material 2D en la puerta de tu nevera como un imán normal de nevera, con qué fuerza se pega a ella. Esta es la propiedad más importante de un imán".

Para abordar el problema, el equipo, dirigido por el profesor Lloyd Hollenberg, empleó un microscopio de campo amplio con capacidad de nitrógeno, una herramienta que han desarrollado recientemente y que tiene la sensibilidad y resolución espacial necesarias para medir la fuerza del material 2D.

"En esencia, la técnica funciona acercando diminutos sensores magnéticos (los llamados centros de vacío de nitrógeno, que son defectos atómicos en una pieza de diamante) extremadamente cerca del material 2D con el fin de detectar su campo magnético", explicó el profesor Hollenberg.

Para probar la técnica, los científicos eligieron estudiar el triyoduro de vanadio (VI3), ya que se sabía que grandes trozos tridimensionales de VI3 eran fuertemente magnéticos.

Usando su microscopio especial, ahora han demostrado que las hojas bidimensionales de VI3 son también magnéticas, pero aproximadamente el doble de débiles que en la forma tridimensional. En otras palabras, sería el doble de fácil sacarlos de la puerta del refrigerador.

"Esto fue una sorpresa, y actualmente estamos tratando de entender por qué la magnetización es más débil en 2D, lo que será importante para las aplicaciones", dijo el Dr. Tetienne.

El profesor Artem Oganov del Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología (Skoltech) de Moscú dijo que los hallazgos tienen el potencial de desencadenar una nueva tecnología.

"Hace sólo unos años, los científicos dudaban de que los imanes bidimensionales fueran posibles en absoluto. Con el descubrimiento del ferromagnético bidimensional VI3, surgió una nueva y excitante clase de materiales. Las nuevas clases de materiales siempre significan que aparecerán nuevas tecnologías, tanto para estudiar dichos materiales como para aprovechar sus propiedades."

El equipo internacional ahora planea usar su microscopio para estudiar otros materiales magnéticos en 2D así como estructuras más complejas, incluyendo aquellas que se espera que jueguen un papel clave en la futura electrónica de eficiencia energética.

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