Uusi materiaali optisesti ohjatulle magneettiselle muistille

Chicagon yliopiston Pritzker School of Molecular Engineeringin (PME) tutkijat ovat edistyneet odottamattomalla tavalla uuden optisen muistin kehittämisessä, joka voi nopeasti ja energiatehokkaasti tallentaa ja käyttää laskennallista dataa.

"Työ todella korostaa, kuinka perustiede voi mahdollistaa uusia tapoja ajatella suunnittelusovelluksia erittäin suoraan", sanoi Shuolong Yang, työn vanhempi kirjoittaja.

Tutkiessaan monimutkaista materiaalia, joka koostuu mangaanista, vismutista ja telluurista (MnBi2Te4), tutkijat huomasivat, että materiaalin magneettiset ominaisuudet muuttuivat nopeasti ja helposti vasteena valolle. Tämä tarkoittaa, että laseria voitaisiin käyttää koodaamaan informaatiota MnBi2Te4:n magneettisissa tiloissa.

Tutkimusjulkaistussa Yang ja kollegat osoittivat, kuinka MnBi2Te4:n elektronit kilpailevat kahden vastakkaisen tilan välillä - topologisen tilan, joka on hyödyllinen kvantti-informaation koodaamiseen ja valoherkän tilan, joka on hyödyllinen optisessa tallennuksessa.

Aiemmin MnBi2Te4:ää on tutkittu sen lupaavuuden vuoksi magneettisena topologisena eristeenä (MTI). Ihanteelliselle MTI:lle 2D-rajassa syntyy kvantti-ilmiö, jossa sähkövirta kulkee kaksiulotteisena virtana sen reunoja pitkin. Näillä niin kutsutuilla "elektroniväylillä" on mahdollisuus koodata ja kuljettaa kvanttidataa. Vaikka tutkijat ovat ennustaneet, että MnBi2Te4:n pitäisi pystyä isännöimään tällaista elektronien valtatietä, materiaalin kanssa on ollut vaikea työskennellä kokeellisesti.

"Alkuperäinen tavoitteemme oli ymmärtää, miksi on ollut niin vaikeaa saada nämä topologiset ominaisuudet esiin MnBi2Te4:ssä", sanoi Yang. "Miksi ennustettu fysiikka ei ole siellä?"

Erilaisten huipputeknisten tutkimustekniikoiden yhdistelmä antoi tutkijoille suoraa tietoa elektronien liikkumisen lisäksi myös siitä, kuinka niiden ominaisuudet kytkeytyvät valoon.

Kun tutkijat analysoivat spektroskopiatuloksiaan, oli selvää, miksi MnBi2Te4 ei toiminut hyvänä topologisena materiaalina. Siellä oli kvasi-2D-elektronitila, joka kilpaili elektronien topologisen tilan kanssa.

"On olemassa täysin erityyppisiä pintaelektroneja, jotka korvaavat alkuperäiset topologiset pintaelektronit", sanoi Yang. "Mutta käy ilmi, että tällä lähes 2D-tilalla on itse asiassa erilainen, erittäin hyödyllinen ominaisuus."

Toisessa elektronisessa tilassa oli tiukka kytkentä magnetismin ja valon ulkoisten fotonien välillä - ei hyödyllinen herkälle kvanttidatalle, mutta tarkat vaatimukset tehokkaalle optiselle muistille.

Yangin ryhmä suunnittelee nyt kokeita, joissa he käyttävät laseria materiaalin ominaisuuksien manipuloimiseen, tutkiakseen edelleen tätä mahdollista MnBi2Te4:n sovellusta. He uskovat, että MnBi2Te4:ää käyttävä optinen muisti voisi olla suuruusluokkaa tehokkaampi kuin nykypäivän tyypilliset elektroniset muistilaitteet.

Aiheesta aiemmin:

Antiferromagneettisesta ferromagneettiseen topologiseen eristeeseen

Topologiaa ja magneettisuutta

Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali