非磁性材料硫化铁可电转化为哪种材料?

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在一项突破性的新研究中,明尼苏达大学的科学家和工程师已将丰富且低成本的非磁性材料硫化铁(也称为“傻瓜金”或黄铁矿)电转化为磁性材料。

这是科学家第一次将完全非磁性的材料电转化为磁性材料,这可能是为更节能的计算机存储设备创建有价值的新型磁性材料的第一步。

这项研究发表在《科学进步》上,该杂志是由美国科学进步协会(AAAS)出版的同行评审科学杂志。

克里斯·莱顿说:“大多数了解磁性的人可能会说不可能将非磁性材料电转换为磁性材料。但是,当我们深入一点时,我们看到了一条可能的途径,并且使之成为现实。”该研究的首席研究员,明尼苏达大学麦克奈特大学杰出教授,化学工程与材料科学系教授。

Leighton和他的同事,包括纽约大学的Eray Aydil和明尼苏达大学的Laura Gagliardi(化学),一直在研究硫化铁 或“傻瓜金”,以可能用于太阳能电池。硫特别是石油生产的高度丰富且低成本的副产物。不幸的是,科学家和工程师们还没有找到一种使材料足够有效以实现低成本,富含地球的太阳能电池的方法。

莱顿说:“我们真的回到了硫化铁材料上,试图找出廉价,无毒太阳能电池的基本障碍。” “与此同时,我的团队还在新兴的磁致电子领域工作,我们试图使用电压来控制材料的磁性能,以潜在地应用于磁数据存储设备。在某些时候,我们意识到我们应该将这两个研究方向结合起来,它得到了回报。”

莱顿说,他们的目标是仅用电压,很少的电流来操纵材料的磁性能,这对于提高磁设备的能效非常重要。迄今为止的进展包括在其他类型的磁性材料中打开和关闭铁磁性,这是技术上最重要的磁性形式。然而,硫化铁提供了在完全非磁性材料中潜在地电感应铁磁性的前景。

在这项研究中,研究人员使用了一种称为电解质门控的技术。他们拿走了非磁性硫化铁材料,并将其放入与离子溶液或电解质(与佳得乐相当)相接触的设备中。然后,它们施加低至1伏的电压(比家用电池低的电压),将带正电的分子移动到电解质和硫化铁之间的界面,并感应出磁性。重要的是,它们能够关闭电压并使材料返回其非磁性状态,这意味着它们可以可逆地打开和关闭磁性。

莱顿说:“我们很惊讶它奏效。” “通过施加电压,我们实际上将电子注入了材料中。事实证明,如果您获得足够高的电子浓度,则该材料希望自发地变成铁磁,这是我们能够从理论上理解的。这具有很大的潜力。用硫化铁完成后,我们猜测我们也可以用其他材料来完成。”

莱顿说,如果不是他的团队研究用于太阳能电池的硫化铁以及有关磁电子学的研究,他们将永远不会想到尝试这种方法。

他说:“这是两个研究领域的完美融合。”

莱顿说,下一步是继续进行研究,以在更高的温度下复制该过程,研究小组的初步数据表明肯定有可能。他们还希望使用其他材料尝试该过程,并证明其在实际设备中的潜力。

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