带有一小撮氢的磁性：研究团队开发了改善超薄材料性能的新想法

由一个或几个原子层组成的磁性二维材料直到最近才为人所知，并有望在未来的电子学中得到有趣的应用。然而，到目前为止，还不可能很好地控制这些材料的磁性状态

由Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf（HZDR）和德累斯顿理工大学（TUD）领导的德美研究团队在《纳米快报》杂志上提出了一个可以克服这一缺点的创新想法&mdash；通过允许2D层与氢反应

2D材料是超薄的，在某些情况下由单个原子层组成。由于其特殊性质，这类仍然年轻的材料为自旋电子学和数据存储提供了令人兴奋的前景。2017年，专家们发现了一种新的变体&mdash；具有磁性的2D材料。然而，到目前为止，这些系统很难在两种磁性状态之间来回切换；构建新型电子元件的先决条件&mdash；通过有针对性的化学影响

为了克服这个问题，由初级研究小组组长Rico Friedrich领导的HZDR和TUD的一个研究小组将目光投向了一组特殊的2D材料：从存在相对较强化学键的晶体中获得的层：所谓的非范德华2D材料

20年前，后来的诺贝尔物理学奖获得者康斯坦丁·诺沃塞洛夫和安德烈·盖姆首次能够以有针对性的方式生产2D材料。他们用胶带从石墨晶体上剥离出一层薄层，从而分离出单层碳，即所谓的石墨烯。这个简单的技巧奏效了，因为石墨的各个层只是松散地化学结合在一起。顺便说一句，这正是用铅笔在纸上划线的原因

“直到最近几年，才有可能使用基于液体的工艺将单个层从晶体中分离出来，在这种工艺中，层比石墨中的层结合得更强，”“DREDEN概念”初级研究小组AutoMaT的负责人Rico Friedrich解释道

“例如，所得的2D材料比石墨烯更具化学活性。”原因是：这些层的表面有不饱和化学键，因此有与其他物质结合的强烈趋势

Friedrich和他的团队提出了以下想法：如果使这些2D材料的反应表面与氢反应，就有可能特别影响薄层的磁性。然而，尚不清楚哪种2D系统特别适合于此

为了回答这个问题，专家们梳理了他们之前开发的35种新型2D材料的数据库，并使用密度泛函理论进行了详细而广泛的计算

挑战在于确保氢钝化系统在能量、动态和热方面的稳定性，并确定正确的磁状态&mdash；这项任务只有在几个高性能计算中心的支持下才能完成

当艰苦的工作完成后，留下了四种有前途的2D材料。该小组再次仔细研究了这些问题。弗里德里希报告说：“最终，我们能够识别出三种可以通过氢钝化进行磁激活的候选者。”。一种称为钛酸镉（CdTiO3）的材料被证明是特别显著的&mdash；通过氢的影响，它变成铁磁性的，即永磁体

用氢处理的三种候选材料应该易于磁性控制，因此可以适用于新型电子元件。由于这些层非常薄，因此可以很容易地集成到扁平设备组件中&mdash；潜在应用的一个重要方面

Rico Friedrich说：“下一步是通过实验证实我们的理论发现。”。“一些研究团队已经在尝试这样做，例如卡塞尔大学和德累斯顿的莱布尼茨固态与材料研究所。”但在HZDR和TUD，对2D材料的研究仍在继续：除其他外，弗里德里希和他的团队正在研究新型2D材料，这些材料可能与长期的能量转换和存储相关

一个焦点是水可能分解成氧气和氢气。以这种方式获得的绿氢可以在太阳能和风能太少的时候用作储能介质