能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的一个团队加州大学伯克利分校用氧化石墨烯、锌和钴的溶液制造了一种掺钴范德华氧化锌磁体。在传统的实验室烤箱中烘烤，混合物变成了一层氧化锌原子层，石墨烯层之间夹着少量钴原子。最后一步，石墨烯被烧掉，lea只在一层掺杂钴的氧化锌原子层后面。
“我们是第一个在室温条件下具有化学稳定性的二维磁体，”伯克利实验室材料科学部的教员科学家、加州大学伯克利分校材料科学与工程副教授姚杰(Jie Yao)说。
“这一发现令人兴奋，因为它不仅使二维磁性在室温下成为可能，而且还揭示了一种实现二维磁性材料的新机制，”姚研究小组的加州大学伯克利分校研究生陈瑞（Rui Chen）说。
这种新材料可以弯曲成几乎任何形状而不会断裂，而且比一张纸薄100万倍，有助于推进自旋电子学或利用电子自旋方向而不是电荷来编码数据的自旋电子学的应用。“我们的2D磁体可能会形成超紧凑的自旋电子设备，以设计电子的自旋，”陈说。
有许多磁性薄膜，但它们仍然是数百或数千个原子厚的3D材料。
姚说：“最先进的2D磁铁需要非常低的温度才能工作。但出于实际原因，数据中心需要在室温下运行。”。“我们的2D磁体不仅是第一个在室温或更高温度下工作的磁体，而且也是第一个达到真正2D极限的磁体：它像单个原子一样薄。”
石墨烯-氧化锌系统变得弱磁性，钴原子浓度为6%。将钴原子浓度增加到12%左右会产生非常强的磁铁。
当钴原子浓度超过15%时，二维磁体就会进入奇异的量子态，在这种量子态中，二维系统中的不同磁态会相互竞争。
与先前的2D磁体不同，2D磁体在室温或更高温度下失去磁性，研究人员发现新的2D磁体不仅在室温下工作，而且在100摄氏度（212华氏度）下也能工作。
“与之前的2D磁铁相比，我们的2D磁系统显示了一种独特的机制，”陈说。“我们认为这种独特的机制是由于氧化锌中的自由电子。”
“有了我们的材料，工业采用我们基于解决方案的方法就没有主要障碍了，”姚说。“它有可能以更低的成本进行大规模生产。”
为了确认生成的2D薄膜只有一个原子厚，Yao和他的团队在伯克利实验室的分子铸模中心进行了扫描电子显微镜实验，以确定材料的形态，并通过透射电子显微镜(TEM)成像来逐个原子探测材料。
SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源进行了额外的x射线实验，验证了合成的2D磁铁的电子和晶体结构。在阿贡国家实验室的纳米材料中心，研究人员使用透射电镜成像二维材料的晶体结构和化学组成。
“我相信在室温下发现这种新的、坚固的、真正的二维磁体是一个真正的突破，”共同领导这项研究的伯克利实验室材料科学部资深科学家、加州大学伯克利分校物理学教授Robert Birgeneau说。
姚说：“我们的结果甚至比我们预期的要好，这真是令人兴奋。在科学领域的大多数时间里，实验都是非常具有挑战性的。但当你最终意识到一些新的东西时，它总是非常令人满足的。”
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