Железная «заплатка» в графене обещает хорошие магнитные характеристики

Марк Рюммели (Mark Rümmeli) вместе с коллегами по Институту физики твёрдого тела и материаловедения им. Лейбница (ФРГ) попробовал «скрестить» железо с графеном — и получил довольно любопытные результаты.
Выращенный методом парофазового осаждения лист графена учёные обработали раствором, в состав которого входили хлор и железо. В итоге на графене осталось совсем немного железа. Затем лист подвергли обстрелу электронным пучком, что создало в нём дырки и спровоцировало атомы железа на «расползание» по листу. В силу того что на краях графеновых структур всегда «болтаются» лишние связи, железо активнее всего «тянулось» именно к ним, после чего к этим атомам присоединились другие атомы железа. В таких условия все дырки, созданные в графене, были заполнены двумерной структурой из атомов железа — не встречающихся в таком виде в естественных условиях.
             Увы, самый широкий из листов имел всего 10 атомов в ширину. И, как показали термодинамические расчёты, теоретический максимум ширины таких образований лишь немногим больше — 12 атомов, или примерно 3 нм. Как только размер «железного пятна» превышает эти значения, тенденция к образованию трёхмерных структур начинает брать вверх над навязанной окружающим графеном двумерностью.
И тем не менее даже столь мелкие структуры представляют собой весьма интересный объект для исследований. Дело в том, что, по расчётам, «плоское железо» должно иметь очень большой магнитный момент, значительно превосходящий обычное железо. Почему? В обычных кристаллах этого материала часть магнитного момента взаимно гасится, в то время как в двумерной структуре атомы слабее влияют на магнетизм соседей. По мнению авторов работы, такие «нанопятна» железа с большим магнитным моментом могут быть весьма эффективны в составе магнитных накопителей данных, хотя сейчас для выяснения этого нужны длительные фундаментальные исследования.
Вас, вероятно, интересует, о каком потенциале практического применения можно говорить, если расчёты показывают нестабильность листов шире 12 атомов? Предположительно, стабильность таких включений железа может быть значительно увеличена покрытием листа, включающего такие «пятна», двумя чистыми графеновыми листами сверху и снизу, что не даст атомам железа покинуть эти нанообразования.
Но пока считать магнитные носители единственным или даже наиболее многообещающим методом использования новых наноструктур, конечно, преждевременно. «История показала, что когда некто получает новый неординарный результат, кто-нибудь непременно сообщает о неожиданном рецепте по использованию этого материала», — философски замечает г-н Рюммели. Кстати, его слова неплохо иллюстрирует тот же графен.
Что дальше? Учёные надеются на реализацию нановключений в листы графена с использованием других материалов, что позволит придать им необычные свойства, обусловленные двухмерностью, без потери магнитных и иных показателей исходного материала.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.
Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.