Kvantesensorer tyder magnetisk orden i et nyt halvledende materiale

For første gang, fysikere har med succes afbildet spiral magnetisk ordning i et multiferroisk materiale. Disse materialer betragtes som yderst lovende kandidater til fremtidige datalagringsmedier. Forskerne var i stand til at bevise deres fund ved hjælp af unikke kvantsensorer, der blev udviklet ved Basel University, og som kan analysere elektromagnetiske felter på nanometerskalaen. Resultaterne - opnået af forskere fra University of Basel's Department of Physics, det schweiziske institut for nanovidenskab, University of Montpellier og flere laboratorier fra University Paris-Saclay-blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Natur .

Multiferroics er materialer, der samtidigt reagerer på elektriske og magnetiske felter. Disse to egenskaber findes sjældent sammen, og deres kombinerede effekt gør det muligt at ændre den magnetiske rækkefølge af materialer ved hjælp af elektriske felter.

Dette giver et særligt potentiale for nye datalagringsenheder:multiferroiske materialer kan bruges til at oprette nanoskala magnetiske lagermedier, der kan dechiffreres og modificeres ved hjælp af elektriske felter.

Magnetiske medier af denne art ville forbruge meget lidt strøm og fungere ved meget høje hastigheder. De kunne også bruges i spintronics - en ny form for elektronik, der bruger elektroners spin samt elektrisk ladning.

Spiral magnetisk bestilling

Bismutferrit er et multiferroisk materiale, der udviser elektriske og magnetiske egenskaber selv ved stuetemperatur. Mens dens elektriske egenskaber er blevet undersøgt i dybden, der var ingen passende metode til at repræsentere magnetisk ordning på nanometerskala før nu.

Gruppen ledet af Georg-H.-Endress Professor Patrick Maletinsky fra Swiss Nanoscience Institute og University of Basel's Department of Physics, har udviklet kvantesensorer baseret på diamanter med nitrogen -ledige centre. Dette tillod dem, i samarbejde med kolleger ved universitetet i Montpellier og universitetet Paris-Saclay i Frankrig, at skildre og studere den magnetiske bestilling af en tynd bismuthferritfilm for første gang, som de melder ind Natur .

At vide, hvordan elektronspins opfører sig, og hvordan magnetfeltet er ordnet, er af afgørende betydning for den fremtidige anvendelse af multiferroiske materialer som datalagring.

Forskerne var i stand til at vise, at bismutferrit udviser spiralformet magnetisk ordning, med to overlejrede elektronspins (vist med rødt og blåt på billedet), der antager modsatrettede retninger og roterer i rummet, hvorimod det tidligere blev antaget, at denne rotation fandt sted inden for et plan. Ifølge forskerne, kvantesensorerne viser nu, at en lille hældning i disse modstående spins fører til rumlig rotation med et lille twist.

"Vores diamantkvantesensorer tillader ikke kun kvalitativ, men også kvantitativ analyse. Dette betød, at vi kunne få et detaljeret billede af spin -konfigurationen i multiferroics for første gang, "forklarer Patrick Maletinsky." Vi er overbeviste om, at dette vil bane vejen for fremskridt inden for forskning i disse lovende materialer. "

Ledige stillinger med særlige ejendomme

De kvantesensorer, de brugte, består af to små monokrystallinske diamanter, hvis krystalgitter har et tomrum og et nitrogenatom i to nabopositioner. Disse nitrogentomgangscentre indeholder elektroner i kredsløb, hvis spin reagerer meget følsomt på eksterne elektriske og magnetiske felter, gør det muligt at afbilde felterne med en opløsning på blot et par nanometer.

Forskere ved universitetet i Montpellier foretog de magnetiske målinger ved hjælp af de kvantesensorer, der blev produceret i Basel. Prøverne blev leveret af eksperter fra CNRS/Thales-laboratoriet ved University Paris-Saclay, der er førende lys inden for forskning i vismutferrit.

Kvantesensorer til markedet

De kvantesensorer, der bruges i forskningen, er egnede til at studere en lang række materialer, da de giver præcist detaljerede kvalitative og kvantitative data både ved stuetemperatur og ved temperaturer tæt på absolut nul.

For at gøre dem tilgængelige for andre forskningsgrupper, Patrick Maletinsky grundlagde opstarten Qnami i 2016 i samarbejde med Dr. Mathieu Munsch. Qnami producerer diamantsensorerne og yder applikationsrådgivning til sine kunder fra forskning og industri.