بیگ بنگ: از زمان کشف گرافن در سال 2004 میلادی، با ازدیاد مواد دو بعدی جدید و عجیب و غریب مواجه بوده ایم. دانشمندان در تمامی این مواد به بررسی یک ویژگی بسیار با ارزش به نام خاصیت آهنربایی پرداخته اند که اهمیتی حیاتی برای ذخیره سازی داده ها، دستگاه های پزشکی و ژنراتورهای برق دارد. پس از سال ها جستجو، بسیاری گمان می کردند که آهنرباهای دو بعدی واقعی شاید وجود نداشته باشند. اما حالا مدارکی برای اثبات وجود آنها در دست داریم.

به گزارش بیگ بنگ، فیزیکدانان موفق به ساخت اولین آهنربای دو بعدی شده اند. این آهنربا ویژگی هایی دارد که ما هنوز ندیده ایم. ژيائودونگ ژو یکی از اعضای تیم پژوهشی از دانشگاه واشنگتن بیان کرد: آنچه که کشف کرده ایم یک ماده دو بُعدی مجزا با خاصیت آهنربایی ذاتی است و میزان آهنربایی نیز در سیستم بسیار بالاست. تصور ما بر این است که فناوری های اطلاعات جدید بر پایه این آهنربا های دو بعدی جدید وارد بازار شوند. دانشمندان در صدد پی بردن به چگونگی مغناطیسی کردن مواد دو بعدی با افزودن روزنه هایی به ساختار اتمی بوده اند که در ازای دستیابی به خاصیت آهنربایی، برخی ویژگی های دو بعدی فدا می شدند. اما چه می شود اگر هر دو ویژگی را حفظ کنیم؟

ژو و فیزیکدان دیگری به نام پابلو جاريرو هررو از MIT هر دو بصورت جداگانه این هدف را دنبال میکردند، اما به دلیل اهمیت غیر قابل وصف تایید وجود آهنرباهای دو بعدی آنان سال گذشته تصمیم گرفتند تا در قالب یک تیم به تحقیقات خود ادامه بدهند. آنها بر روی ترکیبی به نام کروم تری یدید(CrI3) تمرکز نمودند زیرا این ماده در حالت سه بعدی اش از ویژگی فرو مغناطیسی بهره می برد. در اثر آن، اسپين های الکترون به جهت یکسانی تخصیص داده می شوند حتی بدون قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی خارجی. اینطور می توان گفت که میدان مغناطیسی درونی و مختص خود را دارد.

ماده “کروم تری یدید” به سادگی با روش نوار اسکاچ به دو بُعد کاهش داده می شود. اما وقتی فیزیکدان شروع به دستکاری ساختار بُعدی آن بکنند، چه بلائی بر سر ویژگی های ذاتی آن می آید. در صورتی که شما اقدام به زدودن لایه های اتمی بکنید، حتی اصلی ترین ویژگی ها میتوانند ظاهر یا ناپدید بشوند. در واقع تا به امروز هیچ ماده مغناطیسی سه بعدی قادر به حفظ خاصیت آهنربایی اش پس از تقلیل یافتن به دو بعد نبوده است. به همین منظور، مشخص نبود که آیا “کروم تری یدید” همان پاسخی است که به دنبالش هستند یا خیر. بوین هوانگ، محقق و یکی از اعضای تیم اعلام کرد: شما نمی توانید بطور دقیق پیش بینی کنید که کدام ویژگی های الکتریکی، مغناطیسی، فیزیکی یا شیمیایی یک بلور تک لایه دو بُعدی همسو با رفتار همتای بزرگ سه بُعدی اش خواهند بود.

به محض اینکه این مواد به یک تکه ضخیم اتم کروم تری یدید کاهش یافت، محققان ویژگی های مغناطیسی آن را با قرار دادن پرتو نور پولاريزه بر روی سطح ماده بررسی کردند. اگر همچنان آثاری از ویژگی های مغناطیسی وجود داشت، اسپين های الکترون آن در انعکاس پرتو قابل شناسایی می بودند؛ این همان چیزی است که تیم پژوهشی موفق به یافتن اش شد: شواهدی قطعی از خاصیت آهنربایی(مغناطیسی) در یک ماده دو بعدی. بنا به گزارش بورزاک در مجله ساینس، وقتی محققان لایه هایی را به نمونه های دو بُعدی آن اضافه کردند، شرایط عجیب و غریبی مشاهده شد. همچنین، آنان دریافتند که تکهٔ دو لایه این ماده فاقد خاصیت آهنربایی است؛ با فزودن لایه سوم، شاهد فرو مغناطیسی شدن دوباره آن بودیم. اگر لایه چهارم اضافه شود، تغییری در خاصیت آهنربایی ماده ایجاد نمی شود، اما ویژگی های دیگری بدست می آورد که محققان در حال بررسی آنها هستند.

و این تازه اول کار است. این ویژگی نه تنها می تواند به ایجاد وسایل الکترونیکی باریک تری ختم شود، بلکه فیزیکدانان فکر می کنند که در صورت قرار دادن لایه های سه بُعدی “کروم تری یدید” در ساختارهای متفاوت، شاهد بروز ویژگی های عجیبی خواهیم بود. این ساختارها می توانند کاربردهای گسترده ای در محاسبات، ذخیره سازی پایگاه داده، ارتباطات و غیره داشته باشند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com