แม่เหล็กในวัสดุสองมิตินั้นยากต่อการจำแนกลักษณะ เนื่องจากความบางมากของวัสดุทำให้เทคนิคแบบเดิมไม่ได้ผล นักวิจัยในออสเตรเลีย รัสเซีย และจีนได้ใช้วิธีการใหม่ที่เรียกว่า microscopy (NV) microscopy เพื่อวัดความแรงแม่เหล็กของ vanadium triiodide (VI 3 ) ซึ่งเป็นวัสดุ 2D ที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเป็นกลุ่มเฟอร์โรแมกเนติกอย่างแรง , แบบ 3 มิติ
เทคนิคนี้ยังสามารถนำไปใช้ในการศึกษาวัสดุแม่เหล็ก 2 มิติ
อื่นๆ ซึ่งรวมถึงการสร้างบล็อคที่เป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงานในอนาคตกล้องจุลทรรศน์ NV เป็นเครื่องมือที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ซึ่งใช้ข้อบกพร่องในเพชรเป็นตัวตรวจสอบที่ละเอียดอ่อนของสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างของวัสดุ Van der Waals (กล่าวคือ วัสดุที่ประกอบด้วยชั้นบาง ๆ ของอะตอมซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านแรง Van der Waals ที่อ่อนแอ) เนื่องจากช่วยให้นักวิจัยสามารถถ่ายภาพโดเมนแม่เหล็ก (บริเวณที่มีกล้องจุลทรรศน์ซึ่งทั้งหมด โมเมนต์แม่เหล็กชี้ไปในทิศทางเดียวกัน) ในแต่ละสะเก็ดของวัสดุที่มีความละเอียดต่ำกว่าไมครอน
ศูนย์ NV เป็นเครื่องตรวจจับสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอในการศึกษาครั้งนี้ นักวิจัยที่นำโดยLloyd Hollenbergจากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์นใช้กล้องจุลทรรศน์ NV ที่ทำจากพื้นผิวเพชรที่มีชั้นผิวของข้อบกพร่อง ข้อบกพร่องเหล่านี้เรียกว่าศูนย์ NV และเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกันในโครงตาข่ายเพชรถูกแทนที่ด้วยอะตอมไนโตรเจนและไซต์ขัดแตะที่ว่างเปล่า ไนโตรเจนมีอิเล็คตรอนพิเศษที่ยังไม่ถูกจับคู่ ดังนั้นจึงทำหน้าที่เป็นสปินแยกซึ่งสามารถขึ้น ลง หรือซ้อนทับกันของทั้งสองได้ สามารถตรวจสอบสถานะของการหมุนได้โดยการส่องสว่างเพชรด้วยแสงเลเซอร์และบันทึกความเข้มและความถี่ “สปินแอคทีฟ” ของการเรืองแสงที่ปล่อยออกมา
เนื่องจากศูนย์ NV ถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อม
โดยธรรมชาติ สถานะการหมุนของอิเล็กตรอนจึงไม่ได้รับผลกระทบจากความผันผวนของความร้อนโดยรอบในทันที ดังนั้นจึงสามารถใช้เพื่อตรวจจับสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอมากที่เกิดจากการหมุนด้วยไฟฟ้าหรือนิวเคลียร์ในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งทำให้พวกมันเป็นโพรบที่มีความไวสูงของเรโซแนนซ์แม่เหล็ก ซึ่งสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของสปินในพื้นที่ของวัสดุในระยะทางไม่กี่สิบนาโนเมตร
การวัดพฤติกรรมสนามแม่เหล็ก
ในการทดลอง Hollenberg และเพื่อนร่วมงานได้วางตัวอย่าง VI 3ไว้บนชั้นข้อบกพร่องของกล้องจุลทรรศน์ NV ทำให้ศูนย์ NV ตื่นเต้นด้วยเลเซอร์ และใช้กล้องถ่ายภาพเพื่อถ่ายภาพการเรืองแสงที่เกิดขึ้น โดยการกวาดความถี่ของสนามไมโครเวฟที่ใช้ไปทั่วทั้งตัวอย่าง (ซึ่งพวกเขาวางไว้ในตู้แช่แข็งเพื่อให้พวกเขาสามารถทำซ้ำการวัดที่อุณหภูมิตั้งแต่ 4 ถึง 300 K) พวกเขาได้รับสิ่งที่เรียกว่าสเปกตรัมเรโซแนนซ์แม่เหล็กที่ตรวจจับด้วยแสงสำหรับ ตัวอย่างของพวกเขา
เมื่อนักวิจัยใช้สนามแม่เหล็ก 0.5 ถึง 1 เทสลาตั้งฉากกับตัวอย่างของพวกเขา (ทิศทาง +z) ที่อุณหภูมิ 5 K พวกเขาสังเกตเห็นการเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์และฉับพลันในสะเก็ดส่วนใหญ่ โดยไม่มีการกลับด้านบางส่วนระดับกลาง สถานะ. การเกิดเฟอร์โรแมกเนติกนี้ยังคงอยู่ในชั้นอะตอมสองชั้น ในขณะที่การสวิตชิ่งยังคงกระทันหันถึง 50 K ซึ่งเป็นอุณหภูมิคูรีของ VI 3 (นั่นคืออุณหภูมิที่วัสดุจำนวนมากสูญเสียสนามแม่เหล็กถาวร)
VI 3 เป็นเฟอร์โรแม่เหล็กแข็งประเภทนิวเคลียส
ในวัสดุแม่เหล็กแข็ง เช่น VI 3กระบวนการเปลี่ยนทิศทางจะขึ้นอยู่กับกลไกอย่างใดอย่างหนึ่งจากสองกลไก ได้แก่ นิวเคลียสหรือการตรึงผนังโดเมน ในวัสดุจำนวนมาก กลไกเหล่านี้โดยปกติสามารถแยกแยะได้ด้วยเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็กในขั้นต้น เส้นโค้งเหล่านี้สร้างขึ้นโดยการวางตัวอย่างของวัสดุแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กและวัดว่าการดึงดูดของวัสดุนั้นเพิ่มขึ้นอย่างไร
ในแม่เหล็กประเภทนิวเคลียส ผนังของโดเมนจะเคลื่อนที่อย่างอิสระ ในแม่เหล็กแบบหนีบ ตามที่ชื่อบอก พวกมันจะถูกดักไว้ตลอดเวลา เพื่อตรวจสอบประเภทของกลไกที่เล่นใน ultrathin VI 3 Hollenberg และเพื่อนร่วมงานได้ใช้พัลส์แม่เหล็กแบบสั้น (ยาวประมาณ 10 นาโนวินาที) ใน ทิศทาง -z กับตัวอย่างที่เริ่มแรกถูกทำให้เป็นแม่เหล็กใน ทิศทาง +z และถ่ายภาพการสะกดจิตใน สนามแม่เหล็กต่ำหลังจากแต่ละพัลส์
ผลลัพธ์ที่ได้แนะนำว่า ultrathin VI 3 เป็นเฟอร์โรแม่เหล็กแข็งประเภทนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังพบว่าความแรงแม่เหล็กของ 2D VI 3 นั้นประมาณครึ่งหนึ่งของ ความแรงแม่เหล็กของ 2D VI 3 Jean-Philippe Tetienne สมาชิกในทีมกล่าวว่า “นี่เป็นเรื่องน่าประหลาดใจเล็กน้อย และขณะนี้เรากำลังพยายามทำความเข้าใจว่าเหตุใดการดึงดูดแม่เหล็กจึงอ่อนลงใน 2D ซึ่งจะมีความสำคัญต่อการใช้งาน”
หัววัดเซ็นเซอร์เพชรมีความสำคัญที่แรงดันสูงตามที่Artem Oganovแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Skolkovo ในมอสโกกล่าว งานของกลุ่มนี้อาจนำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ “เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าแม่เหล็กสองมิติเป็นไปได้” Oganov ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมวิจัยกล่าว “ด้วยการค้นพบ ferromagnetic VI 3แบบสองมิติวัสดุประเภทใหม่ที่น่าตื่นเต้นจึงเกิดขึ้น วัสดุประเภทใหม่มักจะหมายถึงเทคโนโลยีใหม่ ๆ จะปรากฏขึ้นทั้งสำหรับการศึกษาวัสดุดังกล่าวและการควบคุมคุณสมบัติของพวกมัน”
“นี่เป็นขั้นตอนที่ยอดเยี่ยม เพราะคุณไม่จำเป็นต้องจัดแนวลำแสงเลเซอร์ นั่นเป็นเรื่องใหญ่” มอนโรกล่าว “ขั้นตอนต่อไปสำหรับทั้งสองกลุ่ม – และสิ่งที่ชุมชนอื่นต้องการทำจริงๆ – คือการปรับใช้เทคนิคเหล่านี้ในระบบและทำให้เชื่อถือได้”
Credit : dragonsonslair.com drewsdrumtracks.net drvirgilius.com easycashloansbocomprehensive.com easydoesit21.com
