Materiali quantistici unici potrebbero consentire computer compatti ultra potenti

Il bromuro di solfuro di cromo cristallizza in strati sottili che possono essere staccati e impilati per creare dispositivi su scala nanometrica. I ricercatori della Columbia hanno scoperto che le proprietà elettroniche e magnetiche di questo materiale sono collegate tra loro, una scoperta che potrebbe consentire la ricerca di base e potenziali applicazioni nell’elettronica x. Credito: Myung Geun Han e Zoo di Yimi

Nei computer, le informazioni vengono trasmesse attraverso i semiconduttori dal movimento degli elettroni e vengono memorizzate nella direzione dello spin degli elettroni nei materiali magnetici. Per rimpicciolire i dispositivi migliorandone le prestazioni – un obiettivo di un campo emergente chiamato spintronica (“spintronica”) – i ricercatori sono alla ricerca di materiali unici che combinino proprietà quantistiche. Scrivendo su Nature Materials, un team di chimici e fisici della Columbia University ha trovato un forte legame tra trasporto di elettroni e magnetismo in un materiale chiamato solfuro di cromo bromuro (CrSBr).

Creato nel laboratorio del chimico Xavier Roy, CrSBr è un cosiddetto cristallo di van der Waals che può essere staccato in strati 2D impilabili sottili di pochi atomi. A differenza dei materiali correlati che vengono rapidamente distrutti dall’ossigeno e dall’acqua, i cristalli di CrSBr sono stabili in condizioni ambientali. Anche questi cristalli mantengono proprietà magnetiche a una temperatura relativamente alta di -280 F, ovviando alla necessità di un costoso elio liquido raffreddato a -450 F,

I colleghi Nathan Wilson e Xiaodong Xu presso l’Università di Washington e Xiaoyang Zhou in Columbia hanno affermato Evan Telford, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Roy che ha conseguito un dottorato di ricerca in fisica alla Columbia nel 2020. trovato un collegamento Tra magnetismo e come il CrSBr risponde alla luce. Nel presente lavoro, Telford ha guidato gli sforzi per esplorarlo Proprietà elettroniche.

La squadra ha utilizzato un file campo elettrico Per studiare gli strati di CrSBr su diverse densità di elettroni, campi magnetici e temperature, è possibile modificare parametri diversi per produrre effetti diversi in un materiale. Quando le proprietà elettroniche del CrSBr sono cambiate, anche il suo magnetismo è cambiato.

“I semiconduttori hanno proprietà elettroniche regolabili. I magneti hanno configurazioni di rotazione regolabili. In CrSBr, queste due maniglie sono combinate”, ha detto Roy. “Questo rende il CrSBr attraente per entrambi ricerca di base e per potenziali applicazioni di spintronica. “

Telford ha spiegato che il magnetismo è una proprietà difficile da misurare direttamente, soprattutto perché le dimensioni di un materiale si restringono, ma è facile misurare come si muovono gli elettroni con un parametro chiamato resistenza. In CrSBr, la resistenza può fungere da proxy per stati magnetici non osservabili. “Questo è molto potente”, ha detto Roy, soprattutto perché i ricercatori cercano un giorno di costruire chip di magneti 2D che possono essere utilizzati in Statistica quantitativa E per archiviare enormi quantità di dati in un piccolo spazio.

Telford ha affermato che il legame tra le proprietà elettroniche e magnetiche del materiale era dovuto a imperfezioni negli strati: per il team, è stato fortunato. “Le persone di solito vogliono il materiale più pulito possibile”, ha detto. “I nostri cristalli hanno dei difetti, ma senza di loro non avremmo notato questo abbinamento”.

Da qui, il laboratorio di Roy sta testando modi per coltivare cristalli di van der Waals pelabili con difetti intenzionali, per migliorare la capacità di mettere a punto le proprietà del materiale. Stanno anche esplorando se diverse combinazioni di elementi possono funzionare a temperature più elevate pur mantenendo queste preziose proprietà aggregate.


Visualizza la struttura atomica e magnetica degli isolanti magnetici bidimensionali


maggiori informazioni:
Evan J. Telford et al, Accoppiamento tra ordinamento magnetico e trasferimento di carica in un semiconduttore magnetico bidimensionale, materiali della natura (2022). DOI: 10.1038 / s41563-022-01245-x

la citazione: Materiali quantistici unici possono abilitare computer compatti ultra potenti (2022, 20 maggio) Estratto il 21 maggio 2022 da https://phys.org/news/2022-05-unique-quantum-material-enable-ultra-powerful .html

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