Трой, штат Нью-Йорк. Алмазы всегда привлекали внимание, но теперь группа ученых сделала их по-настоящему магнитными - в наномасштабе.
В статье, опубликованной 26 августа в журнале Physical Review Letters, исследователи сообщают о методе получения магнитных алмазных частиц размером всего 4-5 нанометров. Крошечные алмазные магниты могут найти применение в различных областях, от медицины до информационных технологий.
Ферромагнетизм исторически относился только к металлам, но ученые все больше интересуются перспективой создания безметалловых магнитов, особенно из материалов на основе углерода. Алмаз - это встречающаяся в природе кристаллическая форма углерода.
Магниты из углерода могут иметь ряд преимуществ перед их металлическими аналогами. «Углерод легкий, очень стабильный, простой в обработке и менее дорогой в производстве», - говорит Сайкат Талапатра, научный сотрудник Центра нанотехнологий Ренсселера в Политехническом институте Ренсселера.
Талапатра является ведущим автором исследования, в котором также приняли участие исследователи из Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнии; Филип Моррис, США, Ричмонд, Вирджиния; и Университет в Олбани.
«Эти результаты могут привести к систематическому, контролируемому методу производства магнитных углеродных материалов», - говорит Пуликель Аджаян, профессор материаловедения и инженерии Генри Берладжа в Rensselaer и соавтор статьи. «Хотя значение намагниченности намного ниже, чем в обычных магнитах, природа спиновых взаимодействий в углероде может привести к ряду потенциальных применений».
Магнитные наноуглероды могут стать многообещающими структурами для запоминающих устройств высокой плотности и квантовых компьютеров. А поскольку углеродные материалы, как правило, совместимы с живыми тканями, эти наноструктуры могут быть полезны в медицинских приложениях, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ) и адресная доставка лекарств в определенные части тела.
Исследователям давно известно, что дефекты и неровности в чистом углеродном материале могут создавать электроны, которые не спарены с другими электронами. Каждый «неспаренный» электрон своим вращением создает магнитное поле, и когда все спины выравниваются, сам материал становится магнитным. Талапатра и его коллеги разработали способ изменять структуру углерода контролируемым образом, запуская кластеры атомов в частицы алмаза. Это создает магнетизм при комнатной температуре, а общая сила магнетизма зависит от количества и типа используемых атомов.
Следующим шагом, согласно Талапатре, является расчет того, как типы дефектов и их концентрация в структуре чистого углерода влияют на величину магнетизма.«Мы также работаем над разработкой более простых способов получения магнитных наноуглеродов более контролируемым образом», - говорит он. «Долгосрочная цель - показать некоторые реальные приложения, использующие эти структуры».
Другими исследователями Rensselaer, участвовавшими в работе, были Роберт Вайтай, руководитель лаборатории Центра нанотехнологий Rensselaer; Ганапатираман Раманат, адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии; Муцухиро Шима, доцент кафедры материаловедения и инженерии; Гопал Ганесан Петураджа, инженер-исследователь Центра интегрированной электроники; и Тэгюн Ким, аспирант факультета материаловедения и инженерии.
Исследование финансировалось НАСА, Philip Morris USA и Национальным научным фондом.
Нанотехнологии в Ренсселере В сентябре 2001 года Национальный научный фонд выбрал Ренсселер в качестве одного из шести оригинальных объектов по всей стране для нового Наномасштабного научно-технического центра (NSEC). В рамках Национальной инициативы США по нанотехнологиям эта программа реализуется в Нанотехнологическом центре Ренсселера и является партнерством между Ренсселером, Университетом Иллинойса в Урбане-Шампейне и Лос-Аламосской национальной лабораторией. Миссия Центра направленной сборки наноструктур Ренсселера состоит в том, чтобы интегрировать исследования, образование и распространение технологий, а также служить национальным ресурсом фундаментальных знаний и приложений в направленной сборке наноструктур. Пять других оригинальных NSEC расположены в Гарвардском университете, Колумбийском университете, Корнеллском университете, Северо-Западном университете и Университете Райса.
О Ренсселере Ренсселерский политехнический институт, основанный в 1824 году, является старейшим технологическим университетом страны. Университет предлагает степени бакалавра, магистра и доктора в области инженерии, естественных наук, информационных технологий, архитектуры, управления, а также гуманитарных и социальных наук. Программы института обслуживают студентов, аспирантов и работающих специалистов по всему миру. Преподаватели Rensselaer известны выдающимися исследованиями, проводимыми в широком диапазоне областей, с особым акцентом на биотехнологии, нанотехнологии, информационные технологии, медиаискусство и технологии. Институт хорошо известен своими успехами в передаче технологий из лаборатории на рынок, чтобы новые открытия и изобретения приносили пользу человеческой жизни, защищали окружающую среду и способствовали экономическому развитию.