Natuurkundigen maken 2D magneet van platina

Natuurkundigen van de RUG hebben een stukje platina gemagnetiseerd met behulp van een elektrisch veld dat werd gemaakt met behulp van een paramagnetische ionische vloeistof. Die had alleen effect op het oppervlak van het platina, zodat een schakelbare tweedimensionale ferromagneet ontstond. Het onderzoek is op 6 april gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

Platina is een populair materiaal bij edelsmeden en makers van elektronica. Het ziet er prachtig uit en is een uitstekende geleider van stroom. Maar het heeft geen magnetische eigenschappen. Dat wil zeggen: tot nu toe. Een team wetenschapper van drie Nederlandse universiteiten heeft aan het oppervlak van een dunne film van platina ferromagnetische eigenschappen opgewekt.

‘Het was al mogelijk magneten bij te stellen door via een elektrisch veld het aantal ladingsdragers in de magneet te veranderen’, vertelt adjunct-hoogleraar Justin Ye, hoofd van de onderzoeksgroep Device Physics of Complex Materials van de RUG. Dat is een belangrijke techniek binnen de spintronica, een vorm van elektronica die gebruik maakt van de magnetische eigenschappen van elektronen. ‘Maar het was niet mogelijk om op die manier magnetisme op te wekken’, vervolgt Ye.

Kamertemperatuur

Lei Lian, destijds promovendus in de groep van Ye en de eerste auteur van het artikel in Science Advances, bouwde een schakeling waarin hij magnetisme kon opwekken in het niet-magnetische platina. Dat deed hij via een elektrisch veld opgewekt met behulp van een speciaal medium, een ionische vloeistof. Dit is een zout dat bij relatief gewone temperaturen vloeibaar is. Ye: ‘De sleutel is dat we een paramagnetische ionische vloeistof gebruikt hebben, een nieuw type dat we zelf hebben gemaakt.’ Het elektrische veld zorgt er voor dat de ionen naar het oppervlak van het platina bewegen, terwijl ze zowel lading als magnetisch moment bij zich dragen. Beide beïnvloeden de buitenste laag platina atomen, waardoor een dunne laag magnetisch platina ontstaat.

‘We hebben aan kunnen tonen dat dit echt een 2D magneet is waar de magnetisch staat bij kamertemperatuur in stand blijft’, zegt Ye. ‘Het is verbazingwekkend dat we in staat zijn om nieuwe eigenschappen toe te voegen aan een materiaal dat zo bekend is.’ Recent zijn er wel 2D magneten gemaakt door atomaire laagjes van een magnetisch materiaal te halen. Maar doorgaans ging het om niet-geleidende materialen, waarin bovendien het magnetisme alleen bij zeer lage temperaturen aanwezig is.

Spintronica

Om nu een 2D magneet te maken in een geleider bij kamertemperatuur is interessant voor toepassingen in de spintronica. De nieuwe vondst maakt het bovendien mogelijk het magnetisme aan en uit te schakelen in het geleidende platina. Dat kan leiden tot de ontwikkeling van schakelingen waarin het mogelijk is tegelijkertijd lading en spin (het magnetisch moment) te controleren.

Het onderzoek is uitgevoerd door de Device Physics of Complex Materials groep van Justin Ye, die onderdeel is van het Zernike Institiute for Advanced Materials van de faculteit Science and Engineering, Rijksuniversiteit Groningen.

Referentie: L. Liang; Q. Chen; J. Lu; W. Talsma; J. Shan; G.R. Blake; T.T.M. Palstra; J. Ye: Inducing ferromagnetism and Kondo effect in platinum by paramagnetic ionic gating. Science Advances 6 April 2018. DOI: 10.1126/sciadv.aar2030