Ученые из Технического университета Делфта (Нидерланды) в сотрудничестве с коллегами из Университета Валенсии и Национального университета Сингапура разработали революционный метод изучения фазовых переходов в двумерных наноматериалах. Результаты исследования, опубликованные в престижном журнале Nature Communications, демонстрируют, как механические свойства материалов могут раскрыть фундаментальные изменения в их магнитной структуре.
В центре исследования находится FePS₃ — двумерный наноматериал толщиной всего в несколько атомов. Команда ученых впервые разработала методику, позволяющую изучать сложные фазовые переходы в таких ультратонких материалах, определив температуру перехода около -160°C.
Методология исследования основана на использовании подвешенных мембран FePS₃ в качестве миниатюрных «барабанов». Исследователи заставляли материал вибрировать с высокой амплитудой, одновременно меняя температуру, и измеряли, как изменяются колебания вблизи температуры фазового перехода. Наблюдения показали нелинейные изменения механических свойств материала во время перехода.
«Мы обнаружили удивительную связь между магнитными и механическими свойствами материала», — отмечают исследователи. Изменения температуры напрямую влияют как на магнитные, так и на упругие характеристики наноматериала. При более высоких температурах «магнитный барабан» остается мягким, а спины атомов находятся в хаотичном состоянии. При охлаждении барабан натягивается, а спины выстраиваются в упорядоченную структуру. Переход между этими состояниями происходит сложным, нелинейным образом.
Фарбод Алиджани, доцент факультета машиностроения Технического университета Делфта, подчеркивает: «Мембраны демонстрируют исключительную чувствительность к внутренним и внешним силам, что открывает перспективы для создания ультрачувствительных сенсоров».
Исследование было вдохновлено работой Макарса Шишкинса, аспиранта, который первым предположил возможность использования механических колебаний для изучения магнитных свойств наноматериалов. Херре ван дер Зант, соавтор исследования, планирует продолжить работу, исследуя возможность обнаружения «спиновых волн» с помощью нанобарабанов.
Спиновые волны представляют особый интерес для исследователей, поскольку могут служить носителями информации в магнитных материалах. Это открывает путь к созданию инновационных наномеханических устройств с уникальными функциональными возможностями.
Ученые планируют применить разработанную методологию к другим наноматериалам, расширяя понимание фундаментальных свойств материи на наноуровне. Такие исследования не только углубляют наше понимание квантовых явлений, но и закладывают основу для разработки новых технологий в области наноэлектроники и квантовых вычислений.
Изображение носит иллюстративный характер
В центре исследования находится FePS₃ — двумерный наноматериал толщиной всего в несколько атомов. Команда ученых впервые разработала методику, позволяющую изучать сложные фазовые переходы в таких ультратонких материалах, определив температуру перехода около -160°C.
Методология исследования основана на использовании подвешенных мембран FePS₃ в качестве миниатюрных «барабанов». Исследователи заставляли материал вибрировать с высокой амплитудой, одновременно меняя температуру, и измеряли, как изменяются колебания вблизи температуры фазового перехода. Наблюдения показали нелинейные изменения механических свойств материала во время перехода.
«Мы обнаружили удивительную связь между магнитными и механическими свойствами материала», — отмечают исследователи. Изменения температуры напрямую влияют как на магнитные, так и на упругие характеристики наноматериала. При более высоких температурах «магнитный барабан» остается мягким, а спины атомов находятся в хаотичном состоянии. При охлаждении барабан натягивается, а спины выстраиваются в упорядоченную структуру. Переход между этими состояниями происходит сложным, нелинейным образом.
Фарбод Алиджани, доцент факультета машиностроения Технического университета Делфта, подчеркивает: «Мембраны демонстрируют исключительную чувствительность к внутренним и внешним силам, что открывает перспективы для создания ультрачувствительных сенсоров».
Исследование было вдохновлено работой Макарса Шишкинса, аспиранта, который первым предположил возможность использования механических колебаний для изучения магнитных свойств наноматериалов. Херре ван дер Зант, соавтор исследования, планирует продолжить работу, исследуя возможность обнаружения «спиновых волн» с помощью нанобарабанов.
Спиновые волны представляют особый интерес для исследователей, поскольку могут служить носителями информации в магнитных материалах. Это открывает путь к созданию инновационных наномеханических устройств с уникальными функциональными возможностями.
Ученые планируют применить разработанную методологию к другим наноматериалам, расширяя понимание фундаментальных свойств материи на наноуровне. Такие исследования не только углубляют наше понимание квантовых явлений, но и закладывают основу для разработки новых технологий в области наноэлектроники и квантовых вычислений.
