Nhóm nghiên cứu Chen thông báo về hiện tượng sắt từ ở nhiệt độ phòng của vật liệu đơn lớp Zn 1-x Co x O (gZCO) graphit 2D với tính ổn định môi trường mạnh; những quả cầu màu đỏ, xanh lam và vàng đại diện cho các nguyên tử coban, oxy và kẽm. tương ứng. Ảnh: Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley.
TS Yao cho biết: “Chúng tôi là người đầu tiên tạo ra một nam châm 2D nhiệt độ phòng, ổn định về mặt hóa học trong điều kiện môi trường".
Theo Rui Chen, nghiên cứu sinh TS tại Đại học California, Berkeley và Lawrence Berkeley, khám phá này đặc biệt ấn tượng do không chỉ chứng minh được sự tồn tại từ tính 2D ở nhiệt độ phòng mà còn khám phá ra cơ chế mới, chế tạo vật liệu từ tính 2D.
TS Yao và các đồng nghiệp đã tổng hợp thành công nam châm oxit kẽm van der Waals pha tạp coban từ dung dịch graphene oxit, kẽm và coban. Bằng giải pháp gia nhiệt, sau một vài giờ đốt trong lò ở phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã biến hỗn hợp này thành lớp kẽm-oxit đơn nguyên tử với một số nguyên tử coban nằm giữa các lớp graphene.
Bước cuối cùng, graphene bị đốt cháy để lại một lớp kẽm oxit pha tạp coban đơn nguyên tử.
Loại vật liệu mới có thể sản xuất hàng loạt với chi phí thấp.
Để khẳng định lớp màng 2D thu được chỉ dày 1 nguyên tử, các nhà khoa học thực hiện nhiều thí nghiệm bằng kính hiển vi điện tử quét (scaner) xác định hình thái của vật liệu và chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử truyền qua để thăm dò từng nguyên tử của vật liệu.
Những thí nghiệm cho thấy hệ thống graphene-kẽm-oxit có từ tính yếu với nồng độ 5-6% nguyên tử coban. Nếu gia tăng nồng độ nguyên tử coban lên khoảng 12% sẽ tạo ra một nam châm rất mạnh.
Hệ thống từ tính 2D có một cơ chế khác biệt so với các vật liệu từ tính 2D trước đây. Cơ chế độc đáo này là có thể là do các điện tử tự do trong oxit kẽm.
Trong quá trình thí nghiệm, các nhà khoa học vô cùng ngạc nhiên khi nồng độ nguyên tử coban vượt quá 15%, vật liệu từ tính 2D chuyển sang trạng thái lượng tử kỳ lạ, được gọi là trạng thái nam châm “thất vọng”, kết quả hình thành các trạng thái từ tính đối nghịch khác nhau trong hệ thống 2D.
Không giống như các vật liệu 2D trước đây, mất từ tính ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn, các nhà khoa học phát hiện được, vật liệu nam châm mới không chỉ hoạt động ở nhiệt độ phòng mà còn duy trì ở 100 độ C (212 độ F).
