Графен может быть магнитом
Недавно знаменитый материал графен, открытый несколько лет назад российскими физиками, обнаружил у себя еще одно уникальное свойство. Оказывается, он может при определенных условиях становиться ферромагнетиком. Получается, что из графена действительно можно изготовлять спиновые транзисторы — основу электроники и вычислительной техники будущего.
Интересно, что эту способность у материала обнаружил один из его "отцов", Андрей Константинович Гейм. Или, если выражаться точнее, сэр Гейм — ведь 31 декабря прошлого года указом британской королевы Елизаветы II ему и его коллеге Константину Новоселову, который также является первооткрывателем графена, было присвоено рыцарское звание. Ну, а в нынешнем исследовании у сэра Гейма тоже был соавтор — его супруга Ирина Григорьева, которая, как и сам Андрей Константинович, является сотрудником Манчестерского университета.
Следует заметить, что теоретические работы, в которых была предсказана возможность графена проявлять магнитные свойства, появились еще год назад. Их авторы считали, что графен, как и многие другие соединения углерода, вполне способен стать ферромагнетиком. Напомню, что ферромагнетиками считаются вещества, которые при температуре ниже точки Кюри (температура, при которой изменяется строение кристаллической решетки) способны обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.
Читайте также: Графен не оставит террористам шансов
Как вы помните, графен является двумерной аллотропной модификацией углерода, образованной слоем атомов данного элемента толщиной во всего лишь один атом (что делает его одновременно самой тонкой и самой прочной в мире пленкой). Такая структура, по идее, не должна сама по себе проявлять свойства ферромагнетика. Однако некоторые физики говорили о том, что если заменить в графене некоторые атомы углерода на таковые фтора или убрать ряд атомов, создав пустоты в пленке (которые называются "вакансиями"), то может произойти упорядочивание магнитных моментов всех атомов структуры и вещество станет магнитом.
Сэр Гейм и его супруга, ознакомившись с этими трудами, решили проверить оба способа. В первой серии экспериментов в графен были добавлены атомы фтора. Во второй ученые создали в пленке эти самые "вакансии". После чего образцы подвергли охлаждению до точки Кюри, которая в данном случае была достижима при гелиевой температуре (то есть при температуре, ниже которой гелий становится жидким веществом, это происходит в районе четырех градусов Кельвина).
В результате этих опытов в обоих случаях графен превратился хоть в слабенький, но, тем не менее, магнит. После этого исследователи, проанализировав результаты, поняли, почему все предшествующие попытки намагнитить это вещество окончились неудачей (хотя предшественники Андрея Константиновича действовали по той же схеме). Оказывается, нужно было соблюдать меру и не перебарщивать ни с фторированием, ни с "вакансиями". Если атомов фтора будет добавлено много, то они расположатся слишком близко друг к другу и их взаимодействие уничтожит эффект магнита. Ну, а слишком большое количество "вакансий" просто рассыплет графеновую пленку, и она перестанет существовать как единое целое.
Теперь сэр Гейм и его супруга утверждают, что их открытие делает графен очень перспективным материалом для будущего использования в спинтронике — новой технологии, которая, как сегодня считают, в скором времени начнет заменять менее быструю электронику. Основное ее отличие от электроники заключается в том, что здесь идет управление не только зарядом электрона или других токопроводящих частиц, но и его магнитным моментом — спином. И основными материалами, из которых будут состоять спинтронные приборы, будут как раз ферромагнетики — ведь именно в них достигаются значительно более высокие (до 100 процентов), чем в металлах (до 10 процентов) уровни спиновой поляризации.
