Уникальный квантовый материал может позволить создать сверхмощные компактные компьютеры

Прочитано: 785 раз(а)


Информация в компьютерах передается через полупроводники движением электронов и сохраняется в направлении вращения электрона в магнитных материалах. Чтобы уменьшить размеры устройств при одновременном повышении их производительности — цель новой области, называемой спиновой электроникой («спинтроника»), — исследователи ищут уникальные материалы, которые сочетают в себе оба квантовых свойства. В статье для Nature Materials группа химиков и физиков из Колумбийского университета обнаружила прочную связь между переносом электронов и магнетизмом в материале, называемом бромидом сульфида хрома (CrSBr).

Созданный в лаборатории химика Ксавьера Роя, CrSBr представляет собой так называемый кристалл Ван-дер-Ваальса, который можно разделить на составные двухмерные слои толщиной всего в несколько атомов. В отличие от родственных материалов, которые быстро разрушаются кислородом и водой, кристаллы CrSBr стабильны в условиях окружающей среды. Эти кристаллы также сохраняют свои магнитные свойства при относительно высокой температуре -280°F, что позволяет избежать необходимости в дорогостоящем жидком гелии, охлаждаемом до температуры -450°F.

«С CrSBr бесконечно проще работать, чем с другими 2D-магнитами, что позволяет нам изготавливать новые устройства и проверять их свойства», — сказал Эван Телфорд, постдоктор из лаборатории Роя, который в 2020 году получил докторскую степень по физике в Колумбийском университете. коллеги Натан Уилсон и Сяодун Сюй из Вашингтонского университета и Сяоян Чжу из Колумбийского университета обнаружили связь между магнетизмом и тем, как CrSBr реагирует на свет. В текущей работе Телфорд руководил исследованием его электронных свойств .

Команда использовала электрическое поле для изучения слоев CrSBr при различной плотности электронов, магнитных полях и температурах — различных параметрах, которые можно регулировать для получения различных эффектов в материале. По мере изменения электронных свойств CrSBr менялся и его магнетизм.

«Полупроводники обладают настраиваемыми электронными свойствами. Магниты имеют настраиваемую конфигурацию вращения. В CrSBr эти две ручки объединены», — сказал Рой. «Это делает CrSBr привлекательным как для фундаментальных исследований , так и для потенциального применения в спинтронике».

По словам Телфорда, магнетизм трудно измерить напрямую, особенно когда размер материала уменьшается, но легко измерить движение электронов с помощью параметра, называемого сопротивлением. В CrSBr сопротивление может служить показателем ненаблюдаемых иначе магнитных состояний. «Это очень мощно», — сказал Рой, тем более, что исследователи надеются когда-нибудь построить чипы из таких 2D-магнитов, которые можно будет использовать для квантовых вычислений и для хранения огромных объемов данных в небольшом пространстве.

Связь между электронными и магнитными свойствами материала была связана с дефектами в слоях — для команды это был счастливый случай, сказал Телфорд. «Людям обычно нужен «самый чистый» материал. У наших кристаллов были дефекты, но без них мы бы не наблюдали эту связь», — сказал он.

Отсюда лаборатория Роя экспериментирует со способами выращивания отслаивающихся кристаллов Ван-дер-Ваальса с преднамеренными дефектами, чтобы улучшить возможность точной настройки свойств материала. Они также изучают, могут ли различные комбинации элементов функционировать при более высоких температурах, сохраняя при этом эти ценные комбинированные свойства.

Уникальный квантовый материал может позволить создать сверхмощные компактные компьютеры



Новости партнеров