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.
Теги: квант, суперкомпьютер
