ENGINEERINGNET.BE - Voor het eerst hebben onderzoekers een methode ontwikkeld om beter te begrijpen hoe ingewikkelde faseovergangen in magnetische nanomaterialen verlopen.
TU Delft, de Universiteit van Valencia en de Nationale Universiteit van Singapore onderzochten daartoe FePS₃, een nanomateriaal van een paar atomen dik.
Ze gebruikten kleine, zwevende laagjes FePS₃ die ze lieten trillen terwijl ze de temperatuur langzaam verhoogden of verlaagden. Zo konden ze zien hoe de trillingen van het materiaal veranderden rond de faseovergangstemperatuur en daarmee ook de magnetische eigenschappen.
“Stel je een trommel voor met een magnetische structuur, waarbij laserlicht als een drumstok werkt en het materiaal continu laat trillen,” aldus Farbod Alijani, universitair hoofddocent bij TU Delft. “Bij warmere temperaturen is die magnetische trommel slap, alsof de magnetische spins ongeordend zijn."
"Maar als het kouder wordt, spant de trommel zich aan en klikken de spins in een net patroon. Als je de temperatuur langzaam verandert van warm naar koud, voel je niet alleen dat de trommel anders wordt, maar ontdek je ook dat die verandering niet geleidelijk gaat. Het is een complex proces, dat ook de mechanische eigenschappen beïnvloedt.”
De onderzoekers hebben die complexe veranderingen tijdens de faseovergang gemeten. Door een nanotrommel te gebruiken, konden ze precies vaststellen bij welke temperatuur die plotselinge overgang plaatsvindt. Ook konden ze in detail zien hoe het gedrag van de trommel verandert.
“We hebben de faseovergangstemperatuur vastgesteld rond -160°C,” zegt promovendus Makars Šiškins. “Daarnaast zagen we dat de mechanische veranderingen door temperatuurverschuivingen direct te maken hebben met de magnetische en elastische eigenschappen van het materiaal.”
De dunne laagjes nanomateriaal zijn zeer gevoelig voor interne en externe krachten. Šiškins: “Die gevoeligheid maakt dit materiaal perfect voor sensoren die zelfs de kleinste veranderingen in de omgeving of interne spanningen kunnen waarnemen.”
Het team wil deze methode gaan gebruiken om faseovergangen in andere nanomaterialen te onderzoeken. Mede-onderzoeker Herre van der Zant: “Wij gaan in ons lab onderzoeken of we zogenaamde spingolven met de nanotrommel kunnen waarnemen.”
Alijani richt zich op praktische toepassingen van deze inzichten, bijvoorbeeld om sensoren nog beter te maken. “Door deze complexe processen te begrijpen, leggen we de basis voor nieuwe nanomechanische apparaten, zoals ultragevoelige sensoren."
