Vědci potvrdili další postup pro vývoj nekovového magnetu. Vsadili na velikost a tvar

Vědci z RCPTM ve spolupráci s kolegy ze Singapuru úspěšně experimentálně potvrdili další způsob, jak vtisknout grafenu magnetické vlastnosti. Poté co loni vyrobili první nekovový magnet chemickou úpravou tohoto dvoudimenzionálního materiálu, nyní u něj magnetismu dosáhli změnou velikosti a tvaru. Výzkumníci, kteří práci publikovali v prestižním časopise Advanced Functional Materials, považují tuto cestu za velmi slibnou například pro uplatnění grafenu v dynamicky se rozvíjejícím odvětví elektroniky, spintronice. Předpokládají, že jimi získaný magnetický grafen by si totiž dokázal udržet i skvělé elektrické vlastnosti.

Grafen je díky svým vlastnostem označován jako materiál budoucnosti a jeho objevitelé získali v roce 2010 Nobelovu cenu. Mimo jiné je to nejlepší elektrický vodič. Chybí mu ale magnetické vlastnosti, proto se mu je výzkumníci snaží vtisknout. Na „papíře“ existuje několik strategií, jak toho dosáhnout. Jednu z nich jako první na světě experimentálně potvrdili olomoučtí vědci ve spolupráci s týmem Martina Pumery, který ze Singapuru přesídlil na VŠCHT v Praze.

„Předchozí teoretické práce naznačovaly, že pokud nemagnetický grafen šikovně „nastříháme“ na malé fragmenty, můžeme vytvářet různé magnetické organizace. Kolegové v Singapuru připravili nanoplátky grafenu a my jsme v Olomouci experimentálně ověřili, že nesou magnetický moment a feromagnetické uspořádání za nízkých teplot. Jako první jsme tak experimentálně prokázali již dříve teoreticky navržený koncept. Věnovali jsme se i dopadu dalších jevů, jako je velikost nanoplátku, typ a tvar hrany, na vývoj feromagnetického stavu,“ uvedl jeden z autorů práce Michal Otyepka z RCPTM.

Vědci vyrobili nanoplátky grafenu z nanotrubiček, které chemickou oxidací rozstřihli. Tento postup dovoluje chemickou cestou připravovat větší množství materiálu, což je klíčové pro reálné aplikace grafenu. Mikroskopické snímky ukázali na pestrost připravených tvarů a bylo potřeba pochopit, které jsou nejdůležitější pro magnetismus.

„Prokázali jsme experimentálně, že sílu magnetické odezvy určuje i tvar materiálu. Nejsilnější byla u nanoplátků ve tvaru trojúhelníku. Pokud bychom navíc dokázali, aby jeho hrany měly příhodnou geometrii zubaté a správnou velikost, byli bychom schopni zvýšit takzvanou teplotu přechodu, tedy udržet magnetismus až do teploty 107 Kelvinů. Toto hranové inženýrství by otevřelo další technologické aplikace,“ vysvětlil Jiří Tuček z RCPTM, přední odborník na magnetismus dvourozměrných uhlíkových materiálů.

Snem výzkumníků je udržet magnetismus materiálu až do pokojové, případně vyšší teploty. Důležité je zachovat při tom i jeho vodivost, což se v minulosti příliš nedařilo. „V naší práci naznačujeme hledat rovnováhu mezi oběma jevy. Hranové inženýrství se ukazuje jako přívětivější způsob pro vtištění magnetických vlastností do grafenu se zachováním jeho elektrických vlastností. Grafen by se mohl stát slibným alternativním materiálem pro konstrukci základních spinelektronických zařízení, například spinových filtrů, případně spinových tranzistorů,“ nastínil možnosti Tuček.

Publikovaná práce zapadá do dlouhodobého výzkumu RCPTM.  „Snažíme se jednotlivé metody, jimiž lze docílit magnetismu u grafenu, kombinovat. Touto prací jsme jednoznačně potvrdili, že manipulace s velikostí a tvarem materiálu může být jednou z možností. Před rokem jsme naopak ukázali, že magnetismus lze docílit změnou chemické kompozice materiálu. Jednou třeba tyto dvě technologie spojíme. Je to tedy další významný krok k pochopení problematiky magnetismu nekovových materiálů,“ uzavřel Otyepka.

 

Tuček J., Błoński P., Malina O.,  Pumera M., Chua C. K.,  Otyepka M., Zbořil R.: Morphology-Dependent Magnetism in Nanographene: Beyond Nanoribbons, Advanced Functional Materials 2018,  28 (22), 1800592, DOI: 10.1002/adfm.201800592, IF = 12.124