Einzigartige Quantenmaterialien könnten ultraleistungsfähige Kompaktcomputer ermöglichen

In Computern werden Informationen durch die Bewegung von Elektronen durch Halbleiter übertragen und in der Richtung des Elektronenspins in magnetischen Materialien gespeichert. Um Geräte zu verkleinern und gleichzeitig ihre Leistung zu verbessern – ein Ziel eines aufstrebenden Gebiets namens Spintronik („Spintronik“) – suchen Forscher nach einzigartigen Materialien, die Quanteneigenschaften kombinieren. Ein Team von Chemikern und Physikern der Columbia University hat in Nature Materials eine starke Verbindung zwischen Elektronentransport und Magnetismus in einem Material namens Chromsulfidbromid (CrSBr) gefunden.

CrSBr wurde im Labor des Chemikers Xavier Roy entwickelt und ist ein sogenannter Van-der-Waals-Kristall, der wieder in stapelbare 2D-Schichten geschält werden kann, die nur wenige Atome dünn sind. Im Gegensatz zu verwandten Materialien, die schnell durch Sauerstoff und Wasser zerstört werden, sind CrSBr-Kristalle bei Umgebungsbedingungen stabil. Diese Kristalle halten auch magnetische Eigenschaften bei einer relativ hohen Temperatur von -280 F, wodurch die Notwendigkeit für teures, auf -450 F gekühltes flüssiges Helium entfällt,

Nathan Wilson und Xiaodong Xu von der University of Washington und Xiaoyang Zhou von Columbia, sagte Evan Telford, ein Postdoktorand in Roys Labor, der 2020 an der Columbia in Physik promoviert wurde. einen Link gefunden Zwischen Magnetismus und der Reaktion von CrSBr auf Licht. In der vorliegenden Arbeit hat Telford Anstrengungen geleitet, es zu erforschen Elektronische Eigenschaften.

Das Team verwendete eine Datei elektrisches Feld Um CrSBr-Schichten über verschiedene Elektronendichten, Magnetfelder und Temperaturen hinweg zu untersuchen, können verschiedene Parameter modifiziert werden, um unterschiedliche Effekte in einem Material zu erzeugen. Als sich die elektronischen Eigenschaften von CrSBr änderten, änderte sich auch sein Magnetismus.

„Halbleiter haben abstimmbare elektronische Eigenschaften. Magnete haben abstimmbare Spinkonfigurationen. In CrSBr sind diese beiden Griffe kombiniert“, sagte Roy. „Das macht CrSBr für beide attraktiv Grundlagenforschung und für potenzielle Anwendungen in der Spintronik. „

Telford erklärte, dass Magnetismus eine Eigenschaft ist, die schwer direkt zu messen ist, insbesondere wenn die Größe eines Materials schrumpft, aber es ist einfach zu messen, wie sich Elektronen mit einem Parameter namens Widerstand bewegen. In CrSBr kann der Widerstand als Proxy für nicht beobachtbare magnetische Zustände fungieren. „Das ist sehr mächtig“, sagte Roy, zumal Forscher eines Tages versuchen, Chips aus zweidimensionalen Magneten zu bauen, die in verwendet werden könnten Quantitative Statistik Und riesige Datenmengen auf kleinem Raum zu speichern.

Telford sagte, die Verbindung zwischen den elektronischen und magnetischen Eigenschaften des Materials sei auf Unvollkommenheiten in den Schichten zurückzuführen – für das Team hatte er Glück. „Die Leute wollen normalerweise das sauberste Material“, sagte er. „Unsere Kristalle haben Fehler, aber ohne sie hätten wir diese Paarung nicht bemerkt.“

Von hier aus testet Roys Labor Möglichkeiten, abziehbare Van-der-Waals-Kristalle mit absichtlichen Defekten zu züchten, um die Fähigkeit zur Feinabstimmung der Materialeigenschaften zu verbessern. Sie untersuchen auch, ob verschiedene Kombinationen von Elementen bei höheren Temperaturen funktionieren können, während sie diese wertvollen Aggregateigenschaften beibehalten.