Унікальний квантовий матеріал може створити надпотужні та компактні комп'ютери
22. травень, 2022 в 23:20,
Немає коментарів
Як відомо, інформація в комп'ютерах передається через напівпровідники рухом електронів і зберігається в магнітних матеріалах у бік спина електрона.
Спінтроніка, або спін-електроніка — область, що активно розвивається, метою якої є зменшення розмірів пристроїв та одночасне підвищення їх продуктивності. Для цього дослідники шукають унікальні матеріали, що поєднують обидві квантові властивості.
Команда хіміків та фізиків з Колумбійського університету виявила тісний зв'язок між транспортом електронів та магнетизмом у матеріалі під назвою бромід сульфіду хрому (CrSBr).
Свої висновки вони опублікували в журналі Nature Materials.
Створений в лабораторії хіміка Ксав'є Роя, CrSBr є так званим кристалом Ван-дер-Ваальса, який може бути розділений на двомірні шари, які укладаються в стопку, товщиною всього у кілька атомів.
На відміну від інших матеріалів, які швидко руйнуються під впливом кисню та води, за кімнатних умов кристали CrSBr стабільні. Ці кристали також зберігають свої магнітні властивості при відносно високій температурі -173 градуси за Цельсієм, що дозволяє уникнути необхідності використання дорогого рідкого гелію, що охолоджується до температури -267 градусів,
"Нескінченно легше працювати разом з CrSBr, ніж з іншими двовимірними магнітами, що дозволяє нам виготовляти нові пристрої та тестувати їх властивості", - говорить Еван Телфорд, постдок у лабораторії Роя, який отримав ступінь доктора фізики в Колумбійському університеті у позаминулому році. А у минулому році колеги Натана Вілсона та Сяодуна Сю з Університету Вашингтона та Сяояна Жу з Колумбійського університету виявили зв'язок між магнетизмом та тим, як CrSBr реагує на світло. У нинішній роботі Телфорд очолив роботу з вивчення його електронних властивостей.
Команда використовувала електричне поле для вивчення шарів CrSBr при різних щільностях електронів, магнітних полях і температурах - параметрах, які можна змінювати для отримання різних ефектів у матеріалі. У міру зміни електронних властивостей CrSBr змінювався разом і його магнетизм.
"Напівпровідники мають електронні властивості, що перебудовуються. Магніти мають спінові конфігурації, що перебудовуються. У CrSBr ці два параметри об'єднані", - говорить Рой. "Це робить CrSBr привабливим як для фундаментальних досліджень, так і для потенційного застосування у спінтроніку".
Магнетизм - це властивість, яку важко виміряти безпосередньо, особливо при зменшенні розмірів матеріалу, пояснив Телфорд, але легко виміряти, як рухаються електрони, за допомогою параметра, що називається опором. У CrSBr опір може бути непрямим показником магнітних станів, які інакше неможливо спостерігати. "Це дуже потужно", - сказав Рой, тим більше, що дослідники сподіваються одного дня створити чіпи з таких двовимірних магнітів, які можна буде використовувати для квантових обчислень і зберігання величезних обсягів даних у невеликому просторі.
Зв'язок між електронними та магнітними властивостями матеріалу був обумовлений дефектами у шарах – для команди це вдача, зазначив Телфорд. "Люди зазвичай хочуть отримати "найчистіший" матеріал. У наших кристалах були дефекти, але без них ми б не спостерігали цього зв'язку", - сказав він.
В даний час лабораторія Роя експериментує з вирощуванням кристалів Ван-дер-Ваальса, що відшаровуються, з навмисними дефектами, щоб поліпшити можливість тонкого налаштування властивостей матеріалу. Вони також вивчають, чи різні комбінації елементів можуть функціонувати при більш високих температурах, зберігаючи при цьому цінні комбіновані властивості.