Zachycování elektronů v akci v ant feromagnetickém nanodrotu pro ukládání dat s velmi vysokou hustotou

Schéma průřezu nanodrátů ukazuje interakci mezi atomy v jádru nanodrátů. Žluté atomy: germanium; červené atomy: chrom; fialové atomy kolem vnějšku červeno-červených sloučenin: křemíkový obal. Fotografický kredit: Ranjit Pati / Michigan Tech

Elektron je jednou ze základních částic v přírodě, o kterých čteme ve škole. Jeho chování naznačuje nové způsoby ukládání digitálních dat.

Ve studii publikované v Nano písmenaFyzici z Michiganské technologické univerzity studují alternativní materiály, aby zlepšili kapacitu a zmenšili velikost technologií pro ukládání digitálních dat. Ranjit Pati, profesor fyziky na Michigan Tech, vedl studii a vysvětlil fyziku za novým designem nanodrátů svého týmu.

„Díky vlastnosti zvané spin se elektrony chovají jako malé magnety,“ řekla Pati. „Stejně jako je magnetizace tyčového magnetu dipolární a směřuje na jih k severu, mají elektrony v materiálu magnetické vektory dipólového momentu, které popisují magnetizaci materiálu.“

Pokud jsou tyto vektory v náhodné orientaci, materiál není magnetický. Když jsou navzájem rovnoběžné, nazývá se to feromagnetismus a antiparalelní uspořádání je antiferomagnetismus. Současná technologie ukládání dat je založena na feromagnetických materiálech, přičemž data jsou ukládána v malých feromagnetických doménách. Z tohoto důvodu může dostatečně silný magnet pokazit mobilní telefon nebo jiné elektronické paměťové zařízení.

Problémy s ukládáním dat

V závislosti na směru magnetizace (zda směřuje nahoru nebo dolů) se data zaznamenávají ve feromagnetických doménách jako bity (buď 1 nebo 0). Existují však dvě úzká místa a obě závisí na blízkosti. Nejprve přiveďte externí magnet příliš blízko a jeho magnetické pole může změnit směr magnetických momentů v doméně a poškodit paměťové zařízení. A za druhé, každá z těchto domén má své vlastní magnetické pole, takže nemohou být příliš blízko sebe. Úkolem menších, flexibilnějších a univerzálnějších elektronických zařízení je, že vyžadují zařízení, která ztěžují bezpečné oddělení feromagnetických domén od sebe navzájem.

„Balení dat s velmi vysokou hustotou by s feromagnetickými úložnými doménami bylo skličujícím úkolem,“ řekl Pati. „Antiferomagnetické materiály na druhé straně tyto problémy neobsahují.“

Antiferomagnetické materiály nejsou zvláště vhodné pro elektronická zařízení, ale nejsou ovlivňovány vnějšími magnetickými poli. Tato schopnost odolat magnetické manipulaci získala rostoucí pozornost výzkumné komunity a Patiho tým použil prediktivní kvantovou teorii mnoha těl, která odpovídá interakcím elektron-elektron. Tým zjistil, že nanodráty dotované chromem s germániovým jádrem a silikonovým pláštěm mohou být antiferomagnetickým polovodičem.

Antiferromagnetism

Několik výzkumných skupin nedávno ukázalo manipulaci jednotlivých magnetických stavů v antiferomagnetických materiálech pomocí elektrického proudu a laserů. Pozorovali dynamiku otáčení na terahertzové frekvenci – mnohem rychlejší než frekvence používaná v našich současných zařízeních pro ukládání dat. Toto pozorování otevřelo řadu výzkumných zájmů v oblasti antiferagnetismu a mohlo by vést k rychlejšímu a rychlejšímu ukládání dat.

„V naší nejnovější práci jsme úspěšně využili fascinující vlastnosti antiferromagnetu v nízkodimenzionálním, doplňkovém polovodičovém nanodrátu (CMOS) kompatibilním s oxidem kovu, aniž bychom zničili polovodičové vlastnosti nanodráty,“ řekl Pati. „To otevírá příležitosti pro menší a chytřejší elektroniku s vyšší kapacitou pro ukládání dat a manipulaci.“

Pati dodává, že nejzajímavější částí výzkumu pro jeho tým bylo odhalení mechanismu, který diktuje antiferomagnetismus. Mechanismus je známý jako nadměrná výměna a řídí rotaci elektronů a antiparalelní zarovnání, díky kterému jsou ant feromagnetické. V týmu nanodrátů fungují germaniové elektrony jako mediátory jako výměníky mezi nespojenými atomy chrómu.

“Interakce mezi magnetickými stavy atomů chrómu je zprostředkována mezilehlými atomy, na které jsou vázány.” Je to kooperativní magnetický jev, “řekl Pati. “Řekněme, že jednoduchým způsobem existují dva lidé, A a B: Jsou daleko od sebe a nemohou komunikovat přímo.” Ale A má přítele C a B má přítele D. C a D jsou blízcí přátelé. Takže A a B mohou interagovat nepřímo prostřednictvím C a D. “

Lepší porozumění komunikaci elektronů mezi atomovými přáteli umožňuje více experimentů k testování potenciálu materiálů, jako jsou nanodráty dotované chromem. Lepší pochopení antiferomagnetické povahy materiálu germania a křemíku nanodrátů zvyšuje potenciál pro menší, chytřejší elektronická zařízení s vyšší kapacitou.

Odkaz: „Cr-Doped Ge Core / Si Shell Nanowire: An Antiferromagnetic Semiconductor“ od Sandip Aryal, Durga Paudyal a Ranjit Pati, 12. února 2021, Nano písmena.
DOI: 10,1021 / acs.nanolett.0c04971

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.