Los físicos capturaron por primera vez transiciones dependientes del espesor en materiales magnéticos bidimensionales

Un equipo de físicos de la Universidad de Hong Kong (HKU), la Universidad Tecnológica de Texas (TTH) y la Universidad de Michigan (UMich) ha realizado un importante descubrimiento en el estudio de los materiales magnéticos de Van der Waals (vdW), un especial. Una clase de materiales con propiedades eléctricas y magnéticas únicas que los hacen atractivos para su uso en una variedad de aplicaciones.

Su investigación es la primera en observar experimentalmente la transición en el trisulfuro de níquel-fósforo (NiPS).₃), un tipo de material de van der Waals que ha sido estudiado por sus posibles aplicaciones en dispositivos electrónicos y almacenamiento de energía, pasa de un estado ordenado tridimensional (3D) de largo alcance a una vesícula bidimensional (2D) de patrón plano. estado ordenado hasta. .

Han demostrado cómo el material cambia sus propiedades magnéticas a medida que se adelgaza, lo que revela nuevos conocimientos sobre cómo se puede utilizar este material.

Esta investigación es importante porque nos ayuda a comprender cómo controlar las propiedades magnéticas de los materiales a muy pequeña escala, lo que puede conducir a avances en tecnología como una electrónica más eficiente, almacenamiento de datos de alta densidad y dispositivos informáticos avanzados que utilizan menos. energía. .

Sus resultados han sido publicados recientemente. La física de la naturaleza..

Desentrañando el legado de Feynman: destacando los materiales en capas

«¿Qué podemos hacer con las estructuras en capas adecuadas?» Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965, planteó esta interesante pregunta en su famosa conferencia «Mucho espacio en el fondo» de 1959. Esta afirmación no recibió mucha atención en su momento, pero fue revisada en la década de 1990, ya que se refería principalmente a los fundamentos de la nanotecnología.

En los últimos años, el auge de los materiales de Van der Waals, como el NiPS₃ha brindado oportunidades interesantes para explorar la pregunta de Feynman. Estos materiales constan de capas que se pueden apilar o separar fácilmente, lo que permite a los investigadores investigar sus propiedades en diferentes espesores.

Para responder a la pregunta de Feynman, el equipo de investigación centró su atención en Naps.₃que exhibe un comportamiento magnético interesante cuando se reduce a unas pocas capas o a una sola capa. Esta propiedad única hace que NiPS₃ Un candidato ideal para estudiar cómo evolucionan sus propiedades magnéticas con los cambios de espesor.

En física de la materia condensada, una forma importante de estudiar los materiales es comprender cómo se mueven entre diferentes fases o estados a medida que cambian sus propiedades, como la temperatura o el espesor. Estas transiciones a menudo implican cambios en la simetría del material, concepto conocido como ruptura de simetría.

En el caso de NiPS₃los investigadores observaron una ruptura intermedia de la simetría que conduce a un orden vestigial. Dado que el término «vestigio» se refiere a la retención de ciertas características durante el proceso de evolución, el orden vestigial también puede verse como una retención durante el proceso de ruptura de la simetría.

Esto ocurre cuando el estado ordenado magnético primario de largo alcance se funde o se descompone en una forma más simple, en NiPS.₃ Caso, un estado de orden vesicular 2D (conocido como Z₃ (Pots-nimabilidad), a medida que el material se adelgaza. A diferencia de la ruptura de simetría tradicional, que implica romper todas las simetrías, el orden vestigial implica romper sólo algunas simetrías.

Si bien hay muchos ejemplos desde un punto de vista teórico, los hechos empíricos han sido difíciles de probar. Sin embargo, esta investigación de materiales magnéticos 2D arroja la primera luz sobre este tema, mostrando que tal fenómeno se puede observar a través del cruce dimensional.

Cuando la teoría y el cálculo se encuentran con la experiencia

Para captar el surgimiento del orden deformado, el equipo de investigación estudió las siestas.₃ y utilizó reología de espín al vacío de nitrógeno (NV) y dispersión cuasi elástica óptica Raman para caracterizar el proceso de fusión en el orden del núcleo y la apariencia del orden vestigial a medida que cambiaba el espesor (ver Figura 1).

Para comprender mejor los resultados experimentales de las dimensiones en NiPS₃el equipo también realizó simulaciones de Monte Carlo a gran escala para observar la fase magnética de las NP de Blair.₃ (Ver Figura 2).

Este trabajo es el primero en rastrear cuidadosamente dos simetrías diferentes en función de la amplitud y, por lo tanto, en descubrir el cruce del orden primario al orden vestigial. Y las simulaciones de Monte Carlo a gran escala detectan transiciones de fase vestigiales en este proceso de cruce.

Las observaciones del equipo de investigación no sólo profundizan nuestra comprensión de la diferencia entre la física 2D y 3D, sino que también nos acercan un paso más a responder la pregunta de Feynman hace 65 años.

De cara al futuro, la investigación sobre materiales estratificados, como el grafeno multicapa y el NiPS₃Planar es muy prometedor para el desarrollo de una amplia gama de dispositivos electrónicos. Estos materiales ofrecen alto rendimiento, bajo consumo de energía y propiedades deseables como flexibilidad y transparencia, que ofrecen un camino atractivo hacia la creación de circuitos de memoria y lógica 2D flexibles, ultradensos y de bajo consumo.

Con este desarrollo, nos acercamos mucho a la realización de la teoría de Feynman sobre materiales y dispositivos en capas.