Gennembrud lavet i atom tynde magneter

Cornell -forskere er blevet de første til at kontrollere atomtynde magneter med et elektrisk felt, et gennembrud, der giver en blueprint til fremstilling af usædvanligt kraftfuld og effektiv datalagring i computerchips, blandt andre applikationer.

Undersøgelsen er detaljeret i papiret, "Elektrisk feltskift af todimensionale van der Waals magneter, "udgivet i Naturmaterialer af Jie Shan, professor i anvendt og teknisk fysik; Kin Fai Mak, adjunkt i fysik; og postdoktor Shengwei Jiang.

I 1966, Cornell-fysikeren David Mermin og hans postdoc Herbert Wagner teoretiserede, at 2-D magneter ikke kunne eksistere, hvis spinnene på deres elektroner kunne pege i en hvilken som helst retning. Det var først i 2017, at nogle af de første 2-D-materialer med korrekt justering af spins blev opdaget, åbner døren til en helt ny familie af materialer kendt som 2-D van der Waals magneter.

Shan og Mak, der har specialiseret sig i forskning i atomtynde materialer, sprang på muligheden for at undersøge de nye magneter og deres unikke egenskaber.

"Hvis det er et massemateriale, du kan ikke let få adgang til atomerne indeni, "sagde Mak." Men hvis magneten bare er et enkeltlag, du kan gøre meget ved det. Du kan anvende et elektrisk felt på det, sætte ekstra elektroner i den, og det kan modulere materialegenskaberne. "

Ved hjælp af en prøve af chromtriiodid, forskergruppen satte sig for at gøre netop det. Deres mål var at anvende en lille mængde spænding til at skabe et elektrisk felt og kontrollere 2-D-forbindelsens magnetisme, giver dem mulighed for at tænde og slukke det.

For at opnå dette, de stablede to atomlag af chromtriiodid med atomisk tynde gate -dielektrikere og elektroder. Dette skabte en felt-effekt-enhed, der kunne vende elektron-spin-retningen i chrom-triiodidlagene ved hjælp af små portspændinger, aktivering af den magnetiske omskiftning. Processen er reversibel og kan gentages ved temperaturer under 57-grader Kelvin.

Opdagelsen er vigtig for elektronikkens fremtid, fordi "størstedelen af ​​eksisterende teknologi er baseret på magnetisk omskiftning, ligesom i hukommelsesenheder, der registrerer og gemmer data, sagde Shan. magneter i de fleste moderne elektronikker reagerer ikke på et elektrisk felt. I stedet, en strøm føres gennem en spole, skabe et magnetfelt, der kan bruges til at tænde og slukke magneten. Det er en ineffektiv metode, fordi strømmen skaber varme og bruger elektrisk strøm.

To-dimensionelle chrom-triiodid magneter har en unik fordel ved, at et elektrisk felt direkte kan påføres for at aktivere koblingen, og meget lidt energi kræves.

"Processen er også meget effektiv, for hvis du har en nanometer tykkelse, og du kun anvender en volt, feltet er allerede 1 volt pr. nanometer. Det er enormt, "sagde Shan.

Forskergruppen planlægger at fortsætte med at udforske 2-D magneter og håber at danne nye samarbejder omkring campus, herunder med forskere og ingeniører, der kan hjælpe dem med at finde nye 2-D magnetiske materialer, der, i modsætning til chromtriiodid, kan arbejde ved stuetemperatur.

"I en vis forstand, hvad vi har demonstreret her ligner mere et enhedskoncept, "sagde Mak." Når vi finder den rigtige slags materiale, der kan fungere ved en højere temperatur, vi kan straks anvende denne idé på disse materialer. Men den er der ikke endnu. "