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2024-04-22 14:14:04
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わかりました！ グラフィカルな抽象。 クレジット: Nano Letters (2024)。 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04777
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グラフィカルな抽象。 クレジット: Nano Letters (2024)。 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04777
1 つまたはいくつかの原子層からなる磁性二次元材料は、最近になって知られるようになり、将来のエレクトロニクスなど、興味深い応用が期待されています。 しかし、これまでのところ、これらの材料の磁性状態を十分に制御することはできていません。
ドレスデン・ロッセンドルフ・ヘルムホルツツェントルム（HZDR）とドレスデン工科大学（TUD）が率いるドイツ系アメリカ人の研究チームが雑誌に発表した。 ナノレター、2D レイヤーが次のように反応できるようにすることで、この欠点を克服できる革新的なアイデアです。 水素。
2D マテリアルは非常に薄く、場合によっては単一の原子層で構成されます。 その特殊な特性により、このまだ若いクラスの材料は、スピントロニクスや データストレージ。 2017 年、専門家は磁性をもつ 2D マテリアルという新しい亜種を発見しました。 しかし、これらのシステムは、これまでのところ、標的とする化学的影響によって、新しいタイプの電子部品を構築するための前提条件である 2 つの磁性状態の間を行き来することは困難でした。
この問題を克服するために、ジュニア研究グループリーダーのリコ・フリードリヒ氏が率いるHZDRとTUDの研究チームは、特別なグループの2D材料、つまり比較的強い化学結合が存在する結晶から得られる層、いわゆるノンバン材料に着目した。デアワールスの 2D マテリアル。
20 年前、後にノーベル物理学賞を受賞したコンスタンチン ノボセロフとアンドレ ガイムは、初めて目標を絞った方法で 2D マテリアルを生成することに成功しました。 使用する 粘着テープ、グラファイト結晶から薄層を剥がし、それによって単層炭素、いわゆるグラフェンを分離しました。 グラファイトの個々の層は化学的に緩く結合しているだけなので、この単純なトリックはうまくいきました。 ちなみに、紙に鉛筆で線を引くことができるのはまさにこれです。
「液体ベースのプロセスを使用して、結晶から個々の層を分離できるようになったのは近年になって初めてです。層はグラファイトよりもはるかに強く結合しています」と、「ドレスデンコンセプト」ジュニア研究グループの責任者、リコ・フリードリッヒ氏は説明する。 AutoMaT。
「結果として得られる 2D 材料は、たとえばグラフェンよりもはるかに化学的に活性です。」 その理由は、これらの層の表面に不飽和化学結合があるため、他の物質と結合する傾向が強いためです。
35 を 4 に変える
フリードリッヒと彼のチームは次のアイデアを思いつきました。これらの 2D 材料の反応性表面を水素と反応させれば、薄層の磁気特性に特に影響を与えることができるはずです。 ただし、どの 2D システムがこれに特に適しているかは不明でした。
この質問に答えるために、専門家は、以前に開発した 35 の新規 2D 材料のデータベースを調べ、密度汎関数理論を使用して詳細かつ広範な計算を実行しました。
課題は、エネルギー的、動的、熱的側面の観点から水素不動態化システムの安定性を確保し、正しい磁気状態を決定することでした。このタスクは、いくつかの高性能コンピューティング センターの支援がなければ達成できませんでした。
大変な作業が完了すると、有望な 2D マテリアルが 4 つ残りました。 グループはこれらをもう一度詳しく調べました。 「最終的に、水素不動態化によって磁気的に活性化できる候補を 3 つ特定することができました」と Friedrich 氏は報告しています。 チタン酸カドミウム (CdTiO3) と呼ばれる材料は特に注目に値することが証明されており、水素の影響により強磁性、つまり永久磁石になります。
水素で処理された 3 つの候補は磁気的に制御しやすいため、新しいタイプの電子部品に適している可能性があります。 これらの層は非常に薄いため、フラット デバイス コンポーネントに簡単に統合できます。これは、潜在的なアプリケーションにとって重要な側面です。
実験はすでに進行中です
「次のステップは、理論的な発見を実験的に確認することです」とリコ・フリードリッヒ氏は言う。 「そして、たとえばカッセル大学やドレスデンのライプニッツ固体材料研究所など、いくつかの研究チームがすでにこれに挑戦している。」 しかし、HZDR と TUD でも 2D 材料の研究が続けられています。とりわけ、フリードリッヒと彼のチームは、長期的にはエネルギー変換と貯蔵に関連する可能性のある新しいタイプの 2D 材料に取り組んでいます。
1 つの焦点は、水を酸素と水素に分解する可能性です。 このようにして得られたグリーン水素は、たとえば、利用可能な太陽光発電や風力発電が不足している場合のエネルギー貯蔵媒体として使用できます。
詳しくは：
Tom Barnowsky 他、水素化による非ファンデルワールス 2D 材料の磁気状態制御、Nano Letters (2024)。 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04777
雑誌情報:
ナノレター
#研究チームが極薄材料の特性を改善する新しいアイデアを開発