“Золото дураков” все-таки может быть ценно

В новом революционном исследовании ученые и инженеры из Университета Миннесоты электрически превратили обильный и дешевый немагнитный сульфид железа, также известный как «золото дураков» или пирит, в магнитный материал.

Это первый раз, когда ученые электрически преобразовали полностью немагнитный материал в магнитный, и это может стать первым шагом в создании ценных новых магнитных материалов для более энергоэффективных устройств памяти компьютера. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances 29 июля.

«Большинство людей, разбирающихся в магнетизме, вероятно, сказали бы, что невозможно электрически преобразовать немагнитный материал в магнитный. Однако, когда мы посмотрели немного глубже, мы увидели потенциальный путь и осуществили его», – сказал Крис Лейтон, ведущий автор исследования и заслуженный профессор Университета Макнайта Миннесотского университета на факультете химической инженерии и материаловедения.

Лейтон и его коллеги уже более десяти лет изучают сульфид железа, или «золото дураков», на предмет возможного использования в солнечных элементах. В частности, сера является очень распространенным и недорогим побочным продуктом нефтедобычи. К сожалению, ученые и инженеры не нашли способ сделать материал достаточно эффективным, чтобы реализовать недорогие солнечные элементы, доступные на Земле.

«Мы действительно вернулись к материалу сульфида железа, чтобы попытаться выяснить основные препятствия на пути к дешевым, нетоксичным солнечным элементам», – сказал Лейтон. «Тем временем моя группа также работала в развивающейся области магнитоионики, где мы пытаемся использовать электрические напряжения для управления магнитными свойствами материалов для потенциальных применений в магнитных устройствах хранения данных. В какой-то момент мы поняли, что должны объединить эти два направления исследований, и это окупилось».

Лейтон сказал, что их цель состояла в том, чтобы управлять магнитными свойствами материалов с помощью одного напряжения и очень небольшого электрического тока, что важно для повышения энергоэффективности магнитных устройств. На сегодняшний день прогресс включает включение и выключение ферромагнетизма, наиболее технологически важной формы магнетизма, в других типах магнитных материалов. Сульфид железа, однако, давал возможность электрически индуцировать ферромагнетизм в полностью немагнитном материале.

В исследовании ученые использовали метод, называемый электролитным затвором. Они взяли немагнитный сульфид железа и поместили его в устройство, контактирующее с ионным раствором или электролитом, сравнимым с Gatorade. Затем они приложили всего 1 вольт (меньше напряжения, чем у бытовой батареи), переместили положительно заряженные молекулы к границе раздела между электролитом и сульфидом железа и навели магнетизм. Важно отметить, что они смогли отключить напряжение и вернуть материал в немагнитное состояние, что означает, что они могут обратимо включать и выключать магнетизм.

«Мы были очень удивлены, что это сработало, – сказал Лейтон. «Применяя напряжение, мы, по сути, вливаем электроны в материал. Оказывается, что если вы получите достаточно высокую концентрацию электронов, материал самопроизвольно станет ферромагнитным. Это имеет большой потенциал. Сделав это с сульфидом железа, мы предполагаем, что сможем сделать это и с другими материалами».

Лейтон сказал, что они никогда бы не подумали, что попробуют этот подход, если бы не исследования его команды по изучению сульфида железа для солнечных батарей и работы по магнитоионике.

«Это было идеальное совпадение двух областей исследований», – сказал он.

Следующим шагом ученых будет продолжение исследований по воспроизведению процесса при более высоких температурах, что, по предварительным данным группы, безусловно, возможно. Они также надеются опробовать процесс с другими материалами и продемонстрировать потенциал реальных устройств.

DOI: 10.1126 / sciadv.abb7721

Читайте также: Астрономы нашли планету, где падает дождь из железа