Jedinečné kvantové materiály by mohly umožnit ultravýkonné kompaktní počítače

V počítačích se informace přenášejí přes polovodiče pohybem elektronů a ukládají se ve směru rotace elektronů v magnetických materiálech. Aby bylo možné zmenšit zařízení a zároveň zlepšit jejich výkon – cíl vznikajícího oboru zvaného spintronika („spintronika“) – výzkumníci hledají jedinečné materiály, které kombinují kvantové vlastnosti. Tým chemiků a fyziků na Kolumbijské univerzitě, píše v Nature Materials, našel silnou vazbu mezi transportem elektronů a magnetismem v materiálu zvaném bromid sulfidu chromitého (CrSBr).

CrSBr, vytvořený v laboratoři chemika Xaviera Roye, je takzvaný van der Waalsův krystal, který lze sloupnout zpět do stohovatelných 2D vrstev tenkých jen několik atomů. Na rozdíl od příbuzných materiálů, které jsou rychle zničeny kyslíkem a vodou, jsou krystaly CrSBr stabilní za okolních podmínek. Tyto krystaly se také udržují magnetické vlastnosti při relativně vysoké teplotě -280 F, což eliminuje potřebu drahého kapalného helia chlazeného na -450 F,

Kolegové Nathan Wilson a Xiaodong Xu z University of Washington a Xiaoyang Zhou v Kolumbii uvedli Evan Telford, postdoktorandský výzkumný pracovník v Royově laboratoři, který v roce 2020 získal titul Ph.D. ve fyzice z Kolumbie. našel odkaz Mezi magnetismem a tím, jak CrSBr reaguje na světlo. V této práci Telford vedl úsilí o jeho prozkoumání Elektronické vlastnosti.

Tým použil soubor elektrické pole Pro studium vrstev CrSBr napříč různými elektronovými hustotami, magnetickými poli a teplotami – různé parametry lze upravit tak, aby v materiálu vyvolaly různé efekty. Jak se měnily elektronické vlastnosti CrSBr, měnil se i jeho magnetismus.

„Polovodiče mají laditelné elektronické vlastnosti. Magnety mají laditelné spinové konfigurace. V CrSBr jsou tyto dvě rukojeti kombinovány,“ řekl Roy. „To dělá CrSBr atraktivní pro oba základní výzkum a pro potenciální aplikace spintroniky. „

Telford vysvětlil, že magnetismus je vlastnost, kterou je obtížné přímo měřit, zvláště když se velikost materiálu zmenšuje, ale je snadné měřit, jak se elektrony pohybují pomocí parametru zvaného odpor. V CrSBr může odpor fungovat jako proxy pro nepozorovatelné magnetické stavy. „Je to velmi silné,“ řekl Roy, zvláště když výzkumníci chtějí jednoho dne postavit čipy 2D magnetů, které by mohly být použity v Kvantitativní statistika A ukládat obrovské množství dat na malém prostoru.

Telford řekl, že spojení mezi elektronickými a magnetickými vlastnostmi materiálu bylo způsobeno nedokonalostmi ve vrstvách – pro tým měl štěstí. „Lidé obvykle chtějí co nejčistší materiál,“ řekl. „Naše krystaly mají nedostatky, ale bez nich bychom si tohoto párování nevšimli.“

Odtud Royova laboratoř testuje způsoby, jak vypěstovat loupatelné van der Waalsovy krystaly se záměrnými defekty, aby se zlepšila schopnost doladit vlastnosti materiálu. Zkoumají také, zda různé kombinace prvků mohou fungovat při vyšších teplotách a zároveň si zachovat tyto cenné vlastnosti kameniva.