Fosforeen nanoribbons die worden getoond om magnetische en halfgeleider -eigenschappen te vertonen bij kamertemperatuur

Wetenschappers vermoedden al lang dat fosforeen nanoribbons (PNR’s) – dunne stukjes zwarte fosfor, slechts enkele nanometers breed – kan unieke magnetische en halfgeleidende eigenschappen vertonen, maar dat dit moeilijk is geweest.

In een Recente studie gepubliceerd in Natuuronderzoekers concentreerden zich op het onderzoeken van het potentieel voor magnetische en halfgeleidende kenmerken van deze nanoribbons. Met behulp van technieken zoals ultrasnelle magneto-optische spectroscopie en elektronenparamagnetische resonantie konden ze het magnetische gedrag van PNR’s bij kamertemperatuur demonstreren en laten zien hoe deze magnetische eigenschappen kunnen interageren met licht.

De studie, uitgevoerd in het Cavendish Laboratory in samenwerking met andere instituten, waaronder de Universiteit van Warwick, University College London, Freie Universität Berlin en het European High Magnetic Field Lab in Nijmegen, onthulden verschillende belangrijke bevindingen over fosforeen nanoribbons.

Opmerkelijk is dat deze nanoribbons macroscopische magnetische eigenschappen vertonen bij kamertemperatuur. Onder relatief zwakke magnetische velden (<1t) staan ​​ze verrassend in de aandacht in oplossing, bijna als ijzeraanbossingen zich regelen rond een magneet. Bovendien kunnen ze in dunne films macroscopisch magnetisch gedrag vertonen dat alleen verwant is aan die van klassieke magnetische metalen zoals ijzer en nikkel.

“Het meest opwindend, hebben we ontdekt dat PNR’s naast deze magnetische eigenschappen opgewonden toestanden op de magnetische rand van de nanoribbon gastheer zijn, waar het interageert met atomaire trillingen (phonons) die normaal niet zijn toegestaan ​​door het materiaal bulksymmetries,” zei Arjun Ashoka, Junior Research Fellow bij TRINITY en de eerste auteur van de papieren “, deze unieke interactie toestaat om Pnrs te maken, Optische en vibratie-eigenschappen op zijn eendimensionale rand. “

“Jarenlang hebben we de duivelse maar welwillende 2D-oppervlakken van 3D-materialen onderzocht en gebruikt, van katalyse tot apparaatfysica. Met deze nieuwe nanoribbons hebben we hopelijk toegang tot nieuwe fysica op het 1-dimensionale analoog van een 2D-oppervlak: een voorsprong.”

Dit werk is vooral belangrijk omdat het de eerste experimentele validaties van de voorspelde, maar moeilijk om magnetische eigenschappen van fosforene nanoribbons te observeren.

“De bevestiging dat fosforeen nanoribbons intrinsiek zowel halfgeleidend als magnetisch zijn – zonder zonder lage temperaturen of doping vereist – is bijzonder belangrijk en nieuw. Hoewel deze eigenschap werd voorspeld, is het direct observeren dat het een ongelooflijke validatie van die voorspellingen is,” voegt Chris Howard toe van University College London wiens team eerste synthetiseerde deze nanoribbons.

Wat het meest opvalt aan dit onderzoek is het potentieel om meerdere wegen van wetenschap en technologie te beïnvloeden. Dit onderzoek kan nieuwe routes naar spintronic -apparaten mogelijk maken, die elektronenspin gebruiken in plaats van lading om nieuwe computertechnologieën zoals schaalbare fabricage voor kwantumapparaten, flexibele elektronica en transistors van de volgende generatie mogelijk te maken.

“Het beste van dit werk, afgezien van het zijn van een echt opwindende bevinding, is het geweldige team geweest waar we met meer dan 10 instituten en 5 jaar mee hebben gewerkt, en benadrukt de verbazingwekkende wetenschap die kan worden gedaan wanneer we samenwerken,” zei de overeenkomstige auteur Raj Pandya, die junior onderzoeker was bij het Cavendish Laboratory op het moment van dit onderzoek en nu aan de universiteit van Warwick.

De onderzoekers zijn enthousiast over de toekomstige richtingen van dit werk. Hun volgende stappen omvatten het vinden van manieren om de koppeling van magnetisme te bestuderen met licht en trillingen aan de rand van deze linten en het onderzoeken van hun potentieel om volledig nieuwe apparaatconcepten te ontwikkelen.