Ученым впервые удалось превратить немагнитный материал в магнитный при помощи электричества
На модерации
Отложенный
Ученым из университета Миннесоты впервые в истории науки удалось "включить" магнетизм в материале, который является немагнитным в нормальных условиях при помощи электричества. Данное достижение может быть шагом к созданию электронных компонентов их достаточно распространенных материалов, которые не могли быть использованы для этого в своем обычном виде.
Напомним нашим читателям, что ферромагнетизм является одним из самых сильных свойств некоторых материалов, у которых электроны его атомов синхронно вращаются в одном направлении, у немагнитных материалов электроны разделаются на условные пары, движущиеся в противоположных направлениях, что подавляет генерируемое ими магнитное поле. На свете существует не так уж и много естественных материалов-ферромагнетиков, самыми распространенными из них являются железо, кобальт и никель, а также их сплавы. И это значительно сужает возможности инженеров, создающих электронные устройства, работающие за счет использования явления ферромагнетизма.
Материал, о котором сейчас идет речь, называется пиритом, дисульфидом железа, который внешне очень похож на золото. Этот материал в обычных условиях является полностью немагнитным материалом, но когда ученые обеспечили контакт кристалла пирита с электролитом, имеющим определенный ионный состав, и приложили к этому всему небольшой электрический потенциал порядка одного Вольта, проявился весьма странный эффект.
Электрический потенциал заставил положительно заряженные части молекул перемещаться в сторону места контакта пирита и электролита, создавая магнитное поле, силу которого можно измерить обычными приборами. И самым интересным стало то, что после снятия потенциала у пирита появились магнитные свойства, которые сделают возможным использование этой магнитной формы материала в электронике.
"Мы сами были удивлены полученным эффектом" - пишут исследователи, - "Прикладывая напряжение, мы, по сути, "заливаем" электроны внутрь материала. И когда внутри материала появляется достаточно высокая концентрация электронов, материал спонтанно становится ферромагнетиком. После того, как мы провернули такой трюк с сульфидом железа, у нас появилась уверенность, что это может сработать и с другими распространенными материалами".
Отметим, что ранее ученым уже удавалось превращать немагнитные материалы в магнитные, удалив из них электроны, вращающиеся в одном направлении. А данный случай является первым в истории науки, когда этот же самый эффект был получен только при помощи электричества и за счет наполнения материала дополнительными электронами. Далее исследователи планируют продолжить работу в данном направлении и добиться работы эффекта при более высоких температурах, и при использовании других типов изначально немагнитных материалов.
Комментарии
Если первое, то это не более чем красивый фокус. Есть результаты по превращению диэлектрика MoS2 в сверхпроводник. Это делают наши друзья и коллеги из Швейцарии. И мы тоже планируем заняться такими фокусами. На других материалах. И не обязательно чтоб сверхпроводимость.
Если второе, то это забавно. В пирите железо имеет вид Fe3+, но находится в низкоспиновом состоянии. Из-за этого пирит и не магнитен. Если внедрение каких-то объектов изменяет структуру и через это меняет кристаллическое поле и снимает немагнитность, то это очень забавно. Это заслуживает внимания.
https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eabb7721
Значит всё же первое!
Это вот что: что такое полевой транзистор? Это просто плоский конденсатор, у которого измеряется сопротивление одной из обкладок как функция зарядки. То есть, фактически изменяется только концентрация носителей заряда, а не высота барьера как в обычном транзисторе. Ясно, что тогда обкладка должна быть бесконечно тонкой, иначе все изменения будут происходить только на её поверхности, а объём будет экранирован и будет портить эффект. Ну вот, если вы зарядите конденсатор так, что в его обкладках будет существенно выше концентрация носителей - электронов или дырок, то сдвините уровень Ферми и вызовете тем самым изменение заполнения каких-то зон, отвечающих за всякие свойства. Например, вот эти ребята так добились сверхпроводимости в диэлектрике MoS2:
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1512/1512.03222.pdf
Ясно, что изменяя концентрацию носителей вы изменяете и характер HRRB-взаимодействия и можете не только породить момент заполнением неких новых состояний, но и повлиять на взаимодействие моментов. Собственно, в статье про пирит это и сказано. Это, конечно, интересно. Молодцы ребята.
Но все же там не совсем сверхпроводимость, а температуры слишком низкие. И непонятны частотные свойства.
В общем интересно, но практическое применение туманно для обеих систем.
Вы заметили, что в оригинальной статье ферромагнетизм исчезает при снятии напряжения, а в топике остается?
Ферромагнетизм и должен исчезать при возврате к исходному состоянию. Что изменилось-то? Концентрация носителей. Ну вернули взад - всё и вернулось как было. Могут, конечно, быть всякие фокусы с кинетическими затруднениями. Это если накачка носителей вызывает фазовый переход первого рода. Ну да, например, откачали электроны - сера из пирита улетела из-за возросшего давления диссоциации и потом обратно не прилетела. Но тут как раз наоборот - электроны накачивают. Это, вроде,безопасно.
На краю ступеньки роста видно, что подложка растёт одновременно с островками и наезжает на них, так что они оказываются в межслоевом пространстве основной решётки.
Прикол в том, что островки и подложка имеют разную кристаллическую структуру. При этом электроны в островках находятся одновременно в кристаллическом поле своей решётки и решётки подложки.
Французы нам выдали время на синхротроне изучать такое хитрое поведение электронов. Мы уже поизучали и поизучали бы ещё, кабы не эпидемия. Но, вроде на ноябрь снова нас зовут.
Вместо HRRB следует читать РККИ.
Автоматически переключил шрифт и не посмотрел...
Извините...
Я как-то был в командировке на заводе где делают полупроводниковые пластины и там мне дали несколько бракованных пластин их кремния и арсенида галлия... Вот тогда я и понял почему такой замечательный материал как арсенид галлия не вытеснил кремний - он чертовски хрупкий! Стоит приложить легкое усилие и пластина ломается вдоль кристаллической плоскости. Кремний в десятки раз прочнее!
Я не вижу рост подложки - не знаю на что смотреть. На первой фотографии множество гексагонов на равномерном поле. Гектагоны имеют неоднородный тон - или это особенность съемки, или свойства материала сильно меняются от центра к краям гексагона.
На второй фотографии видно, что гексаноны выступают, и имеют разную высоту, и форма не призматическая, а пирамидальная (превратятся ли они в иглы при дальнейшем росте?) Возможно светлые края гексагонов на первой картинке - это и есть скосы, но они не такие четкие как можно ожидать. Прочитать зеленые надписи мне не удалось - разборчиво только то, что попало на темный фон.
На третьей фотографии кроме гексагонов присутствуют изломанные структуры и размытые полосы, но я не понимаю что это.
Здорово, что наука бежит от политики и вам позволяют удовлетворять свое любопытство в других странах на хорошем оборудовании.
Теперь о кинетике. Как растёт слоистый кристалл? У него скорость роста вдоль слоя намного больше поперечной. Поэтому вырастает некая плоскость, затем на ней формируется зародыш, который разрастается. За время, пока он разрастётся так чтобы покрыть первую плоскость, она уже успеет продвинуться дальше. Поэтому формируется эдакая пирамида из ступенек или террас. Ширина террасы определяется временем формирования зародыша, предполагается, что вдоль слоя скорость роста у всех плоскостей одинакова. А наверху этой пирамиды плоская площадка - это область, где зародыш так и не появился. Вероятно, из-за отравления плоскости этими гексагонами. Но гексагоны растут всё время в процессе роста кристалла. Поэтому они успевают заселить террасы и потом растущая плоскость основного кристалла наезжает на них и покрывает их. На нижней фотке, если присмотреться, видно место, где гексагоны просвечивают через тонкую плёнку наехавшей на них плоскости основного кристалла.
Края светлые из-за плохой проводимости - зарядка происходит. А вот почему проводимость плохая - это нам пока не известно. Вроде как гексагоны когерентно связаны с решёткой - можно видеть, что их рёбра все параллельны друг другу. казалось бы, это значит, что они хорошо связаны с подложкой. Откуда тогда заряд? Возможно, что на поверхности формируется новая фаза с другой стехиометрией. Там вроде видны какие-то треугольники, может она диэлектрик?
Но это пока не известно, состав этой фазы мы определить не можем - уж больно она тонкая.
Вероятно, именно из-за отравления поверхности гексагонов они не превратятся в иглы - толщина гексагонов практически одинакова для давно растущих и только что образовавшихся.
У вас все растет на неоднородной (по составу) подложке, поэтому есть точки в которых одноатомный зародыш стабильнее. Отсюда может происходить упорядоченность расположения микрокристаллов на подложке.
Без того чтобы пощупать все руками, мне сложно представить картину когда растет и новая фаза и подложка.
Мне кажется, что отравление - это не совсем правильная идея (хотя я понятия не имею какие у вас условия выращивания). Надо посмотреть можно ли вырастить монокристаллы того же состава, что и гексагоны. Есть вероятность, что кристаллическая решетка гексагонов навязана подложкой. Тогда по мере роста толщины гексагонов решетка будет искажаться, и, соответственно, будут меняться условия образования зародышей... Но это лишь мысли вслух. Вам конечно же виднее, чем абсолютному дилетанту с улицы.
Когда мы увидали гексагоны, то стали искать их структуру. И оказалось, что фаза с таким составом описана и получена в термодинамических измерениях (давление пара селена над поверхностью селенидов никеля), но структура её не описана. Мало того, эту фазу и в термодинамике получали не в однофазном виде. Так что запросто может быть, что кристаллическая, а следовательно и электронная структура тут навязывается подложкой.
Насчёт электронографии пока ничего не выходит. Фольгу, вроде и сделали, но из-за карантина все микроскопы стоят мёртво.
Есть промежуточный вариант - атомно-силовая. К счастью, как раз накануне карантина парни были в Италии и сделали фотки.
На них попали ещё одни объекты - вискеры. Судя по морфологии, это Ti2Se3. Оно и логично - если гексагон Ni4Se5, то никель захватывает селен и, стало быть, меняет соотношение селен/титан в основной фазе. Надо это изменение чем-то компенсировать. Вот Ti2Se3 - отличная возможность выкинуть из решётки титан, ставший лишним из-за отъёма части селена никелем. Прикол в том, что во-первых, эти вискеры тоже находятся в когерентной связи с подложкой, а во-вторых, они растут не только на поверхности, но и в объёме, их видно на сколе.
Если показанные ранее образцы являются типичными, а не единичными, то регулярность может зависеть от условий подготовки подложки и состава среды. Я вспомнил, что при изгибе твердых образцов на них часто образуется решетка из регулярных поперечных трещин, и мне пришла мысль, что если подложка испытывала тепловые или механические напряжения (или сжатие поверхностного слоя из-за изменения состава среды) то на ней могли образоваться поверхностные микродефекты, способствующие образованию новой фазы. Помнится на аналитике для ускорения кристаллизации в осадок некоторых соединений, мы терли стеклянной палочкой стенки пробирки и за палочкой тут же оставался след кристаллов.
Вогнутая форма кристалла на последней фотографии тоже говорит о том, что в кристалле могут быть механические напряжения.
В общем, еще думать и думать...
При этом в материале подложки формируется дислокационная сетка, как это видно на картинке вверху. Такая же фигня и в других изоструктурных материалах, см., например http://journals.ioffe.ru/articles/1434
Вообще, мысль о том, что место зарождения гексагонов может быть связано с выходом дислокаций для меня новая. Надо прикинуть их густоту покрытия, ориентируясь на расстояние между центрами. Это хорошая идея. Спасибо.
Книги не могут заменить живого обсуждения, которого у меня уже давно не было.
Мать вашу.
Ну, если неграмотные, хер ли вы интернет лезете.
Даже дети. если они только учатся играть на скрипке, не ездят окружающим по ушам своим пиликаньем. Хер ли вы ездите по ушам своим пиликаньем?
Ферромагнетизм - связан не с орбитальным моменто, а со спиновым. Все дело в обменном интеграле, оказывается. что суммарная энергия имеет минимум, если спины одинаково направлены. Причем при увеличении образца до больших размеров наступает хаотизация, ферромагнитные свойства утрачиваются.. Неграмотные скажут - что это вращение элетрона вокруг своей оси. На самом деле спин - чисто квантовое явление. Дело в том, что если представить электрон протяженным, это будет противоречить СТО, скорость на его поверхности превысит скорость света.
Хоть бы школьный учебник почитали, что такое диа-, пара- и ферромагнетизм. "Условные пары". Кретины, блин
Верю, что вы это сделали бы лучше.
- А вот сливочное масло из говна превратить пока не удаётся. На хлеб намазывается хорошо, но есть небольшой запах.
Работаю.
При вашей криворукости только в интернете вонять.
У нас всех руки примерно одной длины.
Только у тебя они кривые и загребущие. Потому ничего тебе и не достаётся.
Брось. Ты всё равно не отличаешь правду от неправды.
https://www.youtube.com/watch?v=8J3Dhj4CNCs&t=50s