范德瓦耳斯材料CrSBr可以帮助打造出强大、超紧凑的计算机

2022年05月22日 11:03 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

计算机中的信息通过电子的运动在半导体中传输并存储在磁性材料的电子自旋方向上。为了缩小设备并同时提高其性能,研究人员正在寻找结合这两种量子特性的独特材料。

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当地时间5月5日,哥伦比亚大学的一个化学家和物理学家团队在《自然-材料》上发文介绍了其在一种名为CrSBr(全称chromium sulfide bromide)的材料中,电子传输和磁性之间存在着紧密联系。

在化学家Xavier Roy的实验室里创造的CrSBr是一种范德瓦耳斯晶体,其可以被剥离成可堆叠的二维层,只有几个原子那么薄。跟那些很快被氧气和水破坏的相关材料不同,CrSBr晶体在环境条件下是稳定的。这些晶体还能在相对较高的-280F温度下保持其磁性,并避免了对冷却到-450F温度的昂贵液氦的需求。

罗伊实验室的博士后Evan Telford说道:“CrSBr比其他二维磁体要容易得多,这让我们能够制造出新颖的设备并测试它们的特性。”据悉,Telford于2020年从哥伦比亚大学物理学博士毕业。去年,其在华盛顿大学的同事Nathan Wilson和Xiaodong Xu及哥伦比亚大学的Xiaoyang Zhu发现了磁性和CrSBr对光的反应之间的联系。在目前的研究工作中,Telford领导了探索其电子特性的努力。

研究小组使用电场来研究不同电子密度、磁场和温度下的CrSBr层--不同的参数可以被调整以在材料中产生不同的效果。而随着CrSBr的电子特性的改变,它的磁性也在改变。

“半导体有可调整的电子特性。磁体具有可调整的自旋构型。在CrSBr中,这两个旋钮是结合在一起的,”Roy说道,“这使得CrSBr对基础研究和潜在的自旋电子学应用都有吸引力。”

Telford表示,磁性是一个很难直接测量的属性,特别是当材料的尺寸缩小的时候,但用一个叫做电阻的参数来测量电子如何移动是非常容易的。在CrSBr中,电阻可以作为其他无法观察到的磁性状态的代理。“这非常强大,特别是当研究人员期待着有一天用这种二维磁体制造芯片时,它可以用于量子计算并在一个小空间里存储大量的数据,”Roy说道。

该材料的电子和磁性能之间的联系是由层中缺陷造成,对此,Telford表示,对于该团队来说,这是一个幸运的突破。“人们通常想要尽可能‘最干净’的材料。我们的晶体有缺陷,但如果没有这些缺陷我们就不会观察到这种耦合作用。”

眼下,Roy实验室正在试验如何创造带有故意缺陷的可剥落范德瓦耳斯晶体以提高微调材料特性的能力。他们还在探索不同的元素组合是否能在更高的温度下发挥作用并同时仍保留那些有价值的组合特性。

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