Уникалните квантови материали могат да позволят свръхмощни компактни компютри

В компютрите информацията се предава чрез полупроводници чрез движение на електрони и се съхранява в посоката на въртене на електрона в магнитни материали. За да свият устройствата, като същевременно подобрят тяхната производителност – цел на нововъзникващата област, наречена спинтроника („спинтроника“) – изследователите търсят уникални материали, които съчетават квантови свойства. Пишейки в Nature Materials, екип от химици и физици от Колумбийския университет са открили силна връзка между транспорта на електрони и магнетизма в материал, наречен хромов сулфид бромид (CrSBr).

Създаден в лабораторията на химика Ксавие Рой, CrSBr е така нареченият кристал на Ван дер Ваалс, който може да бъде отлепен обратно в подреждащи се 2D слоеве, които са тънки само с няколко атома. За разлика от свързаните материали, които бързо се разрушават от кислород и вода, кристалите CrSbr са стабилни при условия на околната среда. Тези кристали също поддържат магнитни свойства при относително висока температура от -280 F, премахвайки необходимостта от скъп течен хелий, охладен до -450 F,

Колегите Нейтън Уилсън и Xiaodong Xu от Университета на Вашингтон и Xiaoyang Zhou в Колумбия казаха Евън Телфорд, постдокторант в лабораторията на Рой, който получи докторска степен по физика от Колумбия през 2020 г. намери линк Между магнетизма и начина, по който CrSbr реагира на светлина. В настоящата работа Телфорд е направил усилия за изследването му Електронни свойства.

Екипът използва файл електрическо поле За изследване на слоевете CrSbr при различни електронни плътности, магнитни полета и температури – различни параметри могат да бъдат модифицирани, за да произведат различни ефекти в материал. С промяната на електронните свойства на CrSbr се промени и неговият магнетизъм.

„Полупроводниците имат регулируеми електронни свойства. Магнитите имат регулируеми конфигурации на въртене. В CrSbr тези две дръжки са комбинирани“, каза Рой. „Това прави CrSBr привлекателен и за двамата фундаментални изследвания и за потенциални приложения на спинтроника. „

Телфорд обясни, че магнетизмът е свойство, което е трудно да се измери директно, особено когато размерът на материала се свива, но е лесно да се измери как се движат електроните с параметър, наречен съпротивление. В CrSbr съпротивлението може да действа като заместител за ненаблюдаеми магнитни състояния. „Това е много мощно“, каза Рой, особено след като изследователите се стремят един ден да изградят чипове от двуизмерни магнити, които могат да се използват в Количествена статистика И да съхранявате огромни количества данни в малко пространство.

Телфорд каза, че връзката между електронните и магнитните свойства на материала се дължи на несъвършенства в слоевете – за екипа той имаше късмет. „Хората обикновено искат възможно най-чистия материал“, каза той. „Нашите кристали имат недостатъци, но без тях нямаше да забележим това сдвояване.“

Оттук нататък лабораторията на Рой тества начини за отглеждане на лющени кристали на Ван дер Ваалс с умишлени дефекти, за да подобри способността за фина настройка на свойствата на материала. Те също така проучват дали различни комбинации от елементи могат да функционират при по-високи температури, като същевременно запазват тези ценни агрегатни свойства.