Magneettinen kierre saa aikaan yksisuuntaisen sähkövirran

Tohokun, Manchesterin ja Osakan yliopiston tutkijat ovat tehneet läpimurron, joka voi käynnistää seuraavan sukupolven kiraalisen tietotekniikan kehityksen.

Kiraalisuus luo materiaalissa kaksi erillistä tilaa, joita tutkijoiden mielestä voitaisiin jonain päivänä käyttää digitaalisen informaation tallentamiseen, aivan kuten "0" ja "1" tilat tavanomaisessa tietojenkäsittelyssä.

"Erilaisten materiaalien joukossa helimagneetit ovat erityisen mielenkiintoisia, koska ne osoittavat kiraalisuutta magneettisen rakenteensa kautta", sanoo Alex Hiro Mayo (Tohokun yliopisto). "Suuri haaste näiden materiaalien käyttämisessä informaation tallentamiseen on kuitenkin se, kuinka niiden kiraalisuutta voidaan lukea tehokkaasti."

Yksi lupaava ratkaisu tulee epätavallisesta vaikutuksesta, jota kutsutaan ei-vastavuoroiseksi elektroniseksi kuljetukseksi, jossa sähkövirta kulkee helpommin yhteen suuntaan kuin toiseen.

"Jos löydämme tavan käyttää kiraalisuutta tarkasti informaation tallentamiseen, se merkitsisi uutta aikakautta datan tallennuslaitteille. Tämän kiraalisten magneettien tasasuuntausvaikutuksen takana olevaa mikroskooppista mekanismia ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä. Tämän mekanismin selvittäminen on välttämätöntä materiaalisuunnittelun periaatteiden luomiseksi, jotka mahdollistavat tehokkaan kiraalisuuden havaitsemisen ja parannetun luennan suorituskyvyn", Mayo selittää.

Tämä yhteistyötutkimusprojekti korjaa tätä tietämyksen puutetta keskittymällä ainutlaatuiseen kvanttimateriaaliin - α-EuP 3 -, joka on helimagneettinen materiaali, jossa europium (Eu) -atomien paikalliset magneettiset momentit luovat kiraalisen magneettisen tekstuurin.

Toisin kuin perinteiset metallit, joissa on monimutkaiset "elektroniset kaistarakenteet", jotka sanelevat kuinka elektronit virtaavat materiaalin sisällä, α-EuP 3:lla on yksinkertaisempi elektroninen maisema, mikä tekee siitä ihanteellisen alustan magnetismin ja elektronien kuljetuksen välisen suoran yhteyden paljastamiseen.

Muuttamalla materiaalin magneettista tilaa kiraalisen ja akiraalisen vaiheen välillä tutkijat havaitsivat kiraalisessa vaiheessa voimakkaan tasasuuntausvaikutuksen, joka katosi kokonaan heti, kun magneettinen tila siirtyi akiraaliseen vaiheeseen.

Yhdistämällä kokeelliset tulokset teoreettisiin laskelmiin, he osoittivat, että "magneettinen kierre" kiraalisessa vaiheessa indusoi suoraan elektronisen kaistan epäsymmetrian, mikä puolestaan herättää yksisuuntaisen sähkövirran.

Tämä työ tarjoaa ratkaisevan mikroskooppisen tason ymmärryksen siitä, kuinka magneettinen kiraalisuus hallitsee elektronien kuljetusta, tarjoten keskeisiä näkemyksiä uusien toiminnallisten kvanttimateriaalien suunnitteluun ja mahdollistaen tulevaisuuden sovellukset kiraalisen informaation tallennuksessa ja seuraavan sukupolven elektronisissa laitteissa.

Aiheesta aiemmin:

Elektronikanavia ilman resistanssia

Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle