Captarea electronilor în acțiune într-un nanofir antiferomagnetic pentru stocarea datelor de înaltă densitate

O diagramă a secțiunii transversale a nanofirurilor arată interacțiunea dintre atomii miezului nanofirului. Atomi galbeni: germaniu; atomi roșii: crom; atomi purpurii în jurul exteriorului legăturilor galben-roșii: strat de siliciu. Credit: Ranjit Party / Michigan Tech

Electronul este una dintre particulele fundamentale ale naturii pe care le citim în școală. Comportamentul său conține indicii despre noi modalități de stocare a datelor digitale.

Într – un studiu publicat în Nano Carduri, fizicienii de la Universitatea de Tehnologie din Michigan explorează materiale alternative pentru a îmbunătăți capacitatea și a reduce dimensiunea tehnologiilor de stocare a datelor digitale. Ranjit Pati, profesor de fizică la Michigan Tech, a condus studiul și explică fizica din spatele noului design de nanofire al echipei sale.

„Datorită unei proprietăți numite spin, electronii se comportă ca niște magneți mici”, a spus Pati. „Similar cu modul în care magnetizarea unui magnet magnet este dipol, îndreptându-se de la sud la nord, electronii dintr-un material au vectori de moment dipol magnetic care descriu magnetizarea materialului.”

Când acești vectori sunt în orientare aleatorie, materialul nu este magnetic. Când sunt paralele între ele, se numește feromagnetism, iar aliniamentele antiparalele sunt antiferomagnetism. Tehnologia actuală de stocare a datelor se bazează pe materiale feromagnetice, unde datele sunt stocate în domenii feromagnetice mici. Prin urmare, un magnet suficient de puternic poate aglomera un telefon mobil sau alt dispozitiv electronic.

Provocări de stocare a datelor

În funcție de direcția magnetizării (fie în sus, fie în jos), datele sunt înregistrate ca biți (fie 1, fie 0) în domenii feromagnetice. Cu toate acestea, există două blocaje și ambele depind de proximitate. În primul rând, aduceți un magnet extern prea aproape și câmpul său magnetic ar putea modifica direcția momentelor magnetice din domeniu și ar putea deteriora dispozitivul de stocare. Și în al doilea rând, domeniile au fiecare propriul lor câmp magnetic, deci nici ele nu pot fi prea apropiate una de cealaltă. Provocarea electronicii mai mici, mai flexibile și mai versatile este aceea că necesită dispozitive care îngreunează separarea în siguranță a domeniilor feromagnetice.

“Ambalarea datelor cu densitate mare ar fi o sarcină descurajantă cu domeniile de memorie feromagnetică”, a spus Pati. „Pe de altă parte, materialele antiferromagnetice sunt libere de aceste probleme”.

În sine, materialele antiferromagnetice nu sunt excelente pentru dispozitivele electronice, dar nu sunt influențate de câmpurile magnetice externe. Această abilitate de a rezista manipulării magnetice a început să atragă mai multă atenție din partea comunității de cercetare, iar echipa lui Pati a folosit o teorie cuantică predictivă a multor corpuri care are în vedere interacțiunile electron-electron. Echipa a descoperit că nanofilele dopate cu crom, cu miez de germaniu și strat de siliciu, pot fi un semiconductor antiferomagnetic.

Antiferomagnetism

Mai multe grupuri de cercetare au demonstrat recent manipularea stărilor magnetice individuale în materialele antiferromagnetice de curent electric și lasere. Au observat dinamica de rotație la frecvența terahertzului, mult mai rapidă decât frecvența utilizată în dispozitivele noastre curente de stocare a datelor. Această observație a deschis mult interes de cercetare pentru antiferromagnetism și ar putea duce la stocarea mai rapidă și mai mare a datelor.

„În lucrarea noastră recentă, am valorificat cu succes caracteristicile interesante ale unui antimagnet într-un nanocablu semiconductor complementar compatibil cu oxidul metalic (CMOS), cu dimensiuni reduse, fără a distruge proprietatea semiconductorului nanofirului”, a spus Pati. „Acest lucru deschide posibilități pentru produse electronice mai mici, mai inteligente, cu stocare și manipulare a datelor de capacitate mai mare.”

Pati adaugă că cea mai interesantă parte a cercetării pentru echipa sa a fost descoperirea mecanismului care dictează antiferromagnetismul. Mecanismul se numește supra-schimbare și controlează rotația electronilor și alinierea antiparalelă care îi face antiferromagnetici. În nanofilamentul echipamentelor, electronii de germaniu acționează ca un intermediar, un schimbător, între atomii de crom neconectați.

„Interacțiunea dintre stările magnetice ale atomilor de crom este mediată de atomii intermediari de care sunt atașați. Este un fenomen magnetic de cooperare “, a spus Pati.” Într-un mod simplu, să presupunem că există două persoane A și B: sunt foarte depărtate și nu pot comunica direct. Dar A are un prieten C și B are un prietenul D. C și D sunt prieteni apropiați, așa că A și B pot interacționa indirect prin C și D. ”

O mai bună înțelegere a modului în care electronii comunică între prietenii atomici permite efectuarea mai multor experimente pentru a testa potențialul materialelor, cum ar fi nanofirurile dopate cu crom. O mai bună înțelegere a naturii antiferomagnetice a materialului nanofiric de germaniu-siliciu este ceea ce potențează potențialul electronicelor mai mici, mai inteligente și cu capacitate mai mare.

Referință: „Cr-Doped Ge-Core / Si-Shell Nanowire: An Antiferromagnetic Semiconductor” de Sandip Aryal, Durga Paudyal și Ranjit Pati, 12 februarie 2021, Nano Carduri.
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

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.