Nanotason magnetismin näkymiä

Kaksidimensionaalinen magnetismi on pitkään kiehtonut ja motivoinut tutkijoita sen mahdollisuuksista vapauttaa materiaalien uudet ominaisuudet nanorakenteissa.

Osittain kiinnostusta ajaa ennuste, jonka mukaan elektronien spinit eivät enää pysty yhdenmukaistumaan täysin puhtaissa järjestelmissä. Tämä lisäys herätteiden valikoimiin saattaisi vapauttaa lukuisia uusia aineen tiloja ja mahdollistaa uudenlaisen kvanttilaskennan mallin.

Kaksiulotteisia on jo pitkään pidetty koossa van der Waals -voimilla ja äskettäin menettelyä on laajennettu myös magneettisiin materiaaleihin. Se voi tarjota yhden kunnianhimoisimmista alustoista tieteellisissä ponnisteluissa tutkia ja manipuloida aineen faaseja nanomittakaavassa, kirjoittavat Boston Collegen, Tennesseen yliopiston ja Seoul National Universityn tutkijat Nature-lehden "Magnetismi kaksiulotteisessa van der Waals -materiaaleissa" tutkimusjulkaisussaan.

Tutkijat iloitsevat 2D-materiaalien joustavuudesta tehdä erilaisia yhdistelmiä ja tukia niitä varsin helposti melkein vain tavallisen teipin avulla.

Näiden materiaalien yksittäisissä kerroksissa tutkijat ovat keskittyneet spiniin eli elektronin magneettiseen momenttiin. Kun elektronin varausta voidaan käyttää joko "off" tai "on" -tilassa spinien herätteet, tarjoavat useita ohjaus- ja mittauspisteitä, mikä tarjoaa valtavan mahdollisuuksien laajenemisen käsitellä tallentaa tai välittää informaatiota pienimmissä mahdollisissa tiloissa.

Koska jokaisella elektronilla on magneettinen momentti, voit mahdollisesti tallentaa informaatiota näiden momenttien suhteellisten suuntien avulla eli kaikki ykkösen ja nollan välillä olevat arvot.

Vaikka kyse on perustutkimuksesta tutkijoiden mukaan magneettiset 2D-atomitason kiteet voivat realisoida uusia faasien suunnitteluun liittyviä unelmia – aineen suprajohtavat, magneettiset tai topologiset faasit.

Näillä uusilla faaseilla olisi sovelluksia erilaisissa tietojenkäsittelyn muodoissa, olivatpa ne sitten spintroniikkaa, tuottaa korkean lämpötilan suprajohteita, magneettisia ja optisia antureita tai topologista kvanttilaskentaa.

Kalifornian yliopisto Irvinen (UCI) fyysikot ovat löytäneet uuden tavan hallita magneetteja nanometrien tasolla sähkövirralla. Tämä läpimurto saattaa avata tietä seuraavan sukupolven energiatehokkaille tietokoneille ja datakeskuksille.

"On yhä enemmän kiinnostusta käyttää magneettisia nanopartikkeleita uudentyyppiseen tietojenkäsittelyyn, kuten neuromorfiseen laskentaan", toteaa professori Ilya Krivorotov. "Työmme avulla löydetty nanomagneettien manipulointi on tehokas keino saavuttaa tämä tavoite."

Uudella tekniikalla on yllättävä yhteys Lord Kelvinin (William Thomson) 1856-työhön, joka totesi, että nikkelissä vaikuttavan magneettisen voiman suunnan muutos vaikuttaa sähkövirran virtaukseen tällä ferromagneettisella metallilla.

Krivorotov ja hänen jatko-opiskelija Eric Montoya ja Christopher Safranski totesivat, että käänteinen on myös totta: Sähkövirta voi käyttää vääntömomenttia ja suunnata uudelleen metallin magnetismia.

Vääntömomentin tehokkuus kasvaa, kun magneetin koko pienenee, mikä parantaa tämän ominaisuuden elinkykyä teknisissä sovelluksissa nanomittakaavan rakenteissa.

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat löysivät kaksiulotteisen magneetin

Magneettis-sähköinen materiaali

Magneettisuus pois ja päälle