Bilim Adamları Yeni Manyetik Element Keşfetti.

Bilim Adamları Yeni Manyetik Element Keşfetti.

Minnesota bir deneysel keşif, kimyasal element rutenyumun (Ru) oda sıcaklığında benzersiz manyetik özelliklere sahip olan dördüncü tek element olduğunu göstermektedir. Keşif sensörleri, bilgisayar belleği ve mantık endüstrisindeki cihazları veya manyetik malzemeler kullanan diğer cihazları geliştirmek için kullanılabilir.

Ferromanyetizmanın kullanımı ya da bazı materyallerin (demir gibi) kalıcı mıknatıslar oluşturduğu veya mıknatıslara çekildiği temel mekanizma, gezinti için taş taşı kullanıldığında eski zamanlara kadar uzanmaktadır. O zamandan beri periyodik tablodaki sadece üç elementin oda sıcaklığında ferromanyetik olduğu bulunmuştur: -ron (Fe), kobalt (Co) ve nikel (Ni). Nadir toprak elementi gadolinyum (Gd) neredeyse sadece 8 santigrat derece kaybeder. Manyetik malzemeler endüstride ve modern teknolojide çok önemlidir ve temel çalışmalar için ve sensörler, elektrik motorları, jeneratörler, sabit disk ortamı ve en son spintronik anılar gibi birçok günlük uygulamalarda kullanılmıştır. İnce film büyümesi geçtiğimiz birkaç on yılda geliştikçe, kristal kafeslerin yapısını kontrol etme yeteneğine de sahiptir. Hatta doğada imkansız olan yapıları da zorlar. Bu yeni çalışma, Ru’nın ferromanyetik fazı zorlamak için ultra ince filmler kullanarak dördüncü tek elemanlı ferromanyetik malzeme olabileceğini göstermektedir.
Çalışmalarının ayrıntıları Nature Communications’ın son sayısında yayınlanmaktadır. Makalenin baş yazarı, yakın bir Minnesota Üniversitesi Ph.D. Ulusal Araştırma Konseyi (NRC) Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) doktora sonrası üyesi olan lisansüstü Patrick Quarterman.

Minnesota Üniversitesi’nden Robert F. Hartmann elektrik profesörü, “Manyetizma her zaman şaşırtıcıdır. Kendini tekrar kanıtlıyor. Deneysel olarak oda sıcaklığında dördüncü ferromanyetik elementi periyodik tabloya ekleyip ilk gruba dahil olmaktan dolayı heyecanlıyız. “Bu heyecan verici ama zor bir sorundur. Bu materyali büyütmek ve doğrulamak için doğru yolu bulmak yaklaşık iki yıl sürdü. Bu çalışma, manyetik araştırma topluluğunu manyetizmanın pek çok iyi bilinen unsuru için temel yönlerine bakmasını tetikleyecektir.” Wang ekledi.

Ekibin diğer üyeleri de bu çalışmanın önemini vurguladı.

“Atom ölçeğinde maddeyi manipüle etme ve karakterize etme yeteneği, modern bilgi teknolojisinin temel taşıdır,” dedi. Yazar Beck Vith-Bascom Profesör ve Wisconsin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Başkanı Prof. Madison. “Minnesota Üniversitesi’nden Profesör Wang’ın grubuyla yaptığımız işbirliği, bu araçların en basit sistemlerde bile, sadece tek bir unsurdan oluşan yeni şeyler bulabildiğini gösteriyor.”

”Diğer endüstri liderleri bu keşfin yarı iletken endüstrisi üzerinde bir etkisi olacağını kabul ediyor. Semiconductor Research Corporation’daki (SRC) Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) direktörü Todd Younkin, “Spintronik cihazlar yarı iletken endüstrisine hızla artan bir önem veriyor” dedi. ” Profesör Wang ve ekibinin bu çalışmasında gösterilenler gibi manyetik materyalleri anlamamızdaki temel ilerlemeler, bilgi işlem performansında ve verimliliğinde devam eden atılımları gerçekleştirmede kritik öneme sahiptir.”

Yeni teknolojiler yeni malzemeler gerektirir

Bu yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu görüntüsü, çalışma yazarları tarafından tahmin edilen Ru’nın tetragonal fazını doğrular.

Manyetik kayıt hala veri depolama teknolojisinde baskın bir oyuncu, ancak manyetik tabanlı rasgele erişimli bellek ve bilgi işlem yerini almaya başladı. Bu manyetik bellekler ve mantık aygıtları, geleneksel sabit disk ortamındaki manyetik malzemelere kıyasla verilerin depolandığı ve hesaplandığı manyetik materyallere ek kısıtlamalar getirdi.

Yeni malzemeler için yapılan bu itme, doğru koşullar altında, Ru, paladyum (Pd) ve osmiyum (Os) gibi ferromanyetik olmayan materyallerin ferromanyetik hale gelebileceğini gösteren tahminleri gerçekleştirme girişimlerine yeniden ilginin artmasına yol açmıştır .

Yerleşik teorik tahminler üzerine inşa edilen Minnesota Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, altıgen bir konfigürasyona sahip olmayı tercih eden Ru’nın tetragonal fazını zorlamak için tohum tabakası mühendisliği kullandı ve ferromanyetizmanın ilk örneğini oda sıcaklığında tek bir elementte gözlemledi. Kristal yapı ve manyetik özellikler, Minnesota Üniversitesi’nin Karakterizasyon Tesisi ve Wisconsin Üniversitesi’ndeki meslektaşları ile işbirliği yaparak geniş ölçüde karakterize edildi. Araştırmacılar bu çalışmanın, bu yeni ferromanyetik Ru’nun temel çalışmalarına kapı açtığını söyledi. Uygulama açısından bakıldığında Ru, oksidasyona karşı dirençli olduğundan ve ek teorik tahminlerin yüksek termal stabiliteye sahip olduğunu iddia ediyor – manyetik belleklerin ölçeklenmesi için hayati bir gereklilik. Bu yüksek termal stabilitenin incelenmesi, Minnesota Üniversitesi’nde devam eden araştırmaların odak noktasıdır.