Magnetiske 2D-materialer til fremtidens elektronik
Verden over forskes der intenst i 2D-materialer, som er materialer, der er blot ét atom tynde. Det mest kendte er nok ”kulstof-arkene” med navnet grafen. Men der findes mange andre, og nogle af dem viser sig stik imod gængs fysiklærdom at kunne være magnetiske.
På DTU har forskere nu udviklet en ny model til beregning af, ved hvilke temperaturer 2D-materialer kan være magnetiske. Perspektiverne peger i retning af ultrakompakt og energieffektiv elektronik og computere.
”Man kan forestille sig, at det kan erstatte mange af de magnetiske komponenter, som bliver brugt alle steder i elektronik og dermed gøre tingene meget, meget mindre. En anden mulighed er, at man kan basere transport af information, som normalt er små elektriske strømme, på strømme af magnetiske momenter i stedet, fordi det koster meget mindre energi,” siger lektor Thomas Olsen, DTU Fysik.
Thomas Olsen og forskerkollegerne står på skuldrene af forskning fra 2017, hvor amerikanske og kinesiske forskere viste, at et 2D-materiale – kromtriiodid – kunne være magnetisk ved en temperatur på -230 grader celsius. Siden 1960’erne har lærebøgerne ellers dikteret, at 2D-materialer slet ikke kan være magnetiske.
”Men det kan de så godt,” siger Thomas Olsen.
”Hvis man begynder at kombinere relativitets- teorien med kvantemekanikken, så bryder man præmisserne for den gamle læresætning,” fortæller lektoren.
Magnetisk ved stuetemperatur
Hvis 2D-materialer også kan være magnetiske ved almindelige temperaturer, bliver der for alvor åbnet op for en række nye anvendelsesmuligheder, der f.eks. omfatter elektronik og computere, som pga. materialets 2D-egenskaber kan gøres langt mindre, end de er i dag. Det er næste skridt for DTU-forskerne:
”Vi vil gerne finde et 2D-materiale, som er magnetisk ved stuetemperatur. Her virker metallerne som de mest lovende, fordi de ser ud til at kunne give nogle stærkere magnetiske vekselvirkninger. Men vi har endnu ikke en god forståelse af, hvorfor det er sådan,” siger Thomas Olsen.
I det hele taget er der meget uset land at udforske for Thomas Olsen og kollegerne, før vi kommer til at se magnetiske 2D-materialer i vores smartphones. Netop fordi lærebøgerne i årtier har afvist, at 2D-materialer kan være magnetiske, er formlerne stadig ikke helt på plads.
”Der mangler simpelthen noget teori for, hvordan magnetisme opstår i to dimensioner, og helt grundlæggende er den anderledes end for tre dimensioner. For de metalliske 2D-materialer er vi stadig lidt på bar bund, men det er et felt i rivende udvikling. Der er meget stor interesse for det både eksperimentelt og teoretisk,” siger Thomas Olsen.
