I en ny undersøgelse opdagede forskere ved University of Minnesota Twin Cities overraskende magnetisk opførsel i et af de tyndeste metalliske oxidmaterialer, der nogensinde er lavet. Dette kunne bane vejen for den næste generation af hurtigere og smartere spintroniske og kvante computing -enheder.
Forskningen offentliggøres i Forløb af National Academy of Sciences.
Ved hjælp af en avanceret vækstteknik til materialer-Hybrid Molecular Beam Epitaxy-skabte forskerne ultratynde lag af Ruo2en forbindelse, der typisk er kendt for sin metalliske, men ikke -magnetiske opførsel. Ved at påføre epitaksial belastning på disse atomisk tynde lag – svarende til at strække eller komprimere et gummibånd – var de i stand til at inducere magnetiske egenskaber i et materiale, der ellers er ikke -magnetisk.
”Vores arbejde viser, at Ruo2 Er ikke kun metallisk i atomskalaen – det er det mest metalliske materiale, vi har observeret i noget oxid, der konkurrerer med endda elementære metaller og 2D -materialer, kun for grafen, “sagde Bharat Jalan, seniorforfatteren til undersøgelsen og professor i University of Minnesota’s Department of Chemical Engineering og Materials Science og har Shell -formanden.
“Hvad der er mere spændende er, at dette er en af de første eksperimentelle demonstrationer af en altermagnetisk tilstand i ultratynd Ruo2—En ny og spændende klasse af magnetisk materiale. “
En af de observerede vigtigste magnetiske effekter kaldes den anomale halleffekt, hvor elektrisk strøm bøjer sig i nærvær af et magnetfelt-en vigtig funktion til næste generations hukommelse og datalagringsenheder. Denne effekt er typisk svær at opnå i metallisk Ruo2 og kræver ekstreme magnetiske felter, men forskerne var i stand til at observere det i ultratynd ruo2 og med meget svagere magnetiske felter.
“Det er spændende, fordi dette ikke kun er en laboratorieværdighed – vi ser på et materiale, der kan integreres i virkelige enheder,” sagde Seunnggyo Jeong, en postdoktorisk forsker i Institut for Chemical Engineering and Materials Science og første forfatter på papiret. “Dette kan have store konsekvenser for at udvikle mindre, hurtigere og mere energieffektive teknologier, der er direkte relevante for kunstig intelligens.”
Forskerne så magnetiske effekter i film kun to enheder tykke-det er mindre end en milliarddel af en meter. Og på trods af at han var så tynd, forblev materialet meget metallisk og strukturelt stabilt.
“Denne opdagelse viser, hvordan vi kan låse op for en helt ny opførsel i materialer bare ved at kontrollere dem i atomskalaen,” sagde Tony Low, en professor i Institut for Elektrisk og Computer Engineering og medforfatter på papiret. “Vores beregninger bekræftede, at belastningen ændrer den interne struktur af Ruo2 På lige den rigtige måde at gøre denne altermagnetiske opførsel mulig. “
Holdet planlægger at fortsætte med at udforske, hvordan kombinationer af stamme og lagdeling kan bruges til at konstruere nye materialegenskaber. Deres ultimative mål er at udvikle platformmaterialer til fremtidige applikationer inden for kvanteberegning, spintronics og elektronik med lav effekt.
Foruden Jalan, Jeong og Low inkluderede University of Minnesota -teamet Zhifei Yang, Sreejith Nair, Rashmi Choudhary og Juhi Parikh fra Institut for Kemiteknik og Materialevidenskab; Sammen med Seungjun Lee fra Institut for Elektrisk og Computer Engineering. Denne forskning blev udført i samarbejde med Massachusetts Institute of Technology, Gwangju Institute of Science and Technology og Sungkyunkwan University.