Китайские ученые создали двумерный материал, объединяющий полупроводник и ферромагнетик, что открывает путь к спинтронике и квантовым компьютерам.
Графен, держись крепче — у него появился серьезный конкурент. Ученые из Китая впервые создали двумерный материал класса MXene, который одновременно является полупроводником и ферромагнетиком. Этот гибрид электрических и магнитных свойств долгое время считался недостижимым, но теперь он реален. Работа опубликована в Nature, и потенциал нового материала впечатляет: от спинтроники до квантовых компьютеров.
Первый ферромагнитный полупроводниковый MXene: прорыв в материаловедении
Исследователи из Института материаловедения и инженерии Нинбо Китайской академии наук и Чжэцзянского университета совершили прорыв, создав первый в мире лантаноидный двумерный материал класса MXene. Работа, опубликованная в престижном журнале Nature, демонстрирует материал, который впервые объединяет полупроводниковое поведение и ферромагнетизм — свойства, ранее не сочетавшиеся в MXene. В отличие от традиционных MXene на основе титана, ванадия и ниобия, например, известного Mxene Ti3C2Tx, новый материал позволяет управлять как электрическими, так и магнитными характеристиками.
Метод «химических ножниц»
Синтез выполнен с помощью оригинального метода «химических ножниц», который позволяет «разрезать» кристаллическую структуру на атомном уровне, выборочно удаляя или заменяя отдельные слои. Процесс состоит из двух этапов: сначала лантаноид реагирует с галогенидом меди, образуя промежуточное соединение, а затем при высокой температуре взаимодействует с графитом. В результате формируется слоистая структура MXene с чередованием атомов металла, углерода и галогенов. Испытания подтвердили, что полученный материал является полупроводником с устойчивыми ферромагнитными свойствами.
Перспективы применения
Сочетание полупроводниковых и магнитных свойств открывает путь к применению в спинтронике, энергоэффективных логических процессорах, высокочастотных системах связи, магнитных датчиках, элементах памяти нового поколения и компонентах квантовых компьютеров. Метод «химических ножниц» универсален и в перспективе позволит создавать целое семейство новых двумерных материалов с заданными электрическими, магнитными и оптическими свойствами. Ученые уверены, что Mxene Based устройства могут в корне изменить электронику будущего.
Новый лантаноидный MXene — не просто очередной двумерный материал, а настоящий прорыв, объединяющий полупроводниковые и магнитные свойства. Технология «химических ножниц» может стать стандартом для создания целых семейств подобных структур. Осталось дождаться первых прототипов устройств на его основе.