У проривному науковому досягненні, яке може кардинально змінити майбутнє обчислювальної техніки і зберігання даних, дослідники представили новий спосіб управління магнетизмом в матеріалах, товщина яких вимірюється всього в атоми. Цей інноваційний підхід, що використовує напівпровідник CRPS, відкриває двері до створення більш компактних, енергоефективних і потужних технологій майбутнього.
Управління магнетизмом на атомному рівні: вирішення багаторічної проблеми
Магнетизм відіграє основну роль у роботі цифрової пам’яті. У сучасних комп’ютерах дані зберігаються в крихітних магнітних областях. Контроль над цими областями складний, оскільки поведінка магнетизму безпосередньо пов’язана з явищем, відомим як зміщення обміну. Історично склалося так, що вивчення і, тим більше, управління цим явищем представляло собою величезні труднощі, оскільки воно виникало на прихованих поверхнях розділу між шаруватими матеріалами і було схильне до численних дефектів.
Просте і елегантне рішення: CRPS-напівпровідник нового покоління
Команда вчених з Единбурзького університету, Бостонського коледжу і Університету Бінгемтона зробила справжній прорив, представивши метод, що дозволяє обійти ці труднощі. Замість складних багатошарових структур, вони виявили, що аналогічний контроль над магнетизмом можна досягти за допомогою матеріалу CRPS₄ – типу напівпровідника. При дуже тонких шарах CRPS₄ атоми природним чином утворюють області з різними магнітними властивостями. Завдяки використанню передових методів візуалізації і масштабного моделювання, дослідники змогли детально спостерігати формування, взаємодію і зміщення цих магнітних областей на кордонах між шарами різної товщини.
Як це працює: магнітометрія азотно-вакансійного центру (NV)
Ключем до успіху став метод візуалізації, відомий як магнітометрія азотно-вакансійного центру (NV). Цей метод працює як надчутливий Магнітний мікроскоп. Він використовує алмазні датчики для візуалізації найдрібніших магнітних полів, розкриваючи приховані деталі магнетизму на атомному рівні. Це дозволяє вченим буквально “бачити” магнетизм, розуміти його поведінку і, головне, керувати ним.
Вимикач на атомному рівні: маніпулювання магнітним полем
Дослідники виявили, що зміна розташування шарів в CRPS₄ дозволяє вмикати або вимикати зміщення обміну, як би натискаючи на Вимикач. Цей процес повністю контролюється і є оборотним, що робить його надзвичайно перспективним для майбутніх технологій. Як образно висловився доктор Елтон Сантос зі школи фізики та астрономії Единбурзького університету: “області всередині CRPS₄ розташовані пліч-о-пліч, як смуги на шосе. Межа між ними утворює ідеальний інтерфейс, що дозволяє нам вивчати та контролювати поведінку магнітного поля з неймовірною точністю.”
Наслідки для майбутнього: компактні, розумні та надійні пристрої
Дане відкриття не тільки поглиблює розуміння магнетизму вченими, а й закладає міцний фундамент для створення принципово нових, більш інтелектуальних, компактних і надійних магнітних пристроїв. Потенційні області застосування практично безмежні: ультракомпактні чіпи пам’яті, реконфігуровані датчики, квантові обчислювальні пристрої на магнітній основі – майбутнє цифрових технологій може бути кардинально змінено.
Важливо зазначити, що CRPS₄ стабільний у повітрі та простий у роботі, що робить його ідеальним кандидатом для практичних застосувань, а не лише для лабораторних експериментів.
Цитата доктора Сантоса:
“Цей прорив відкриває вікно в невидимий світ магнетизму атомного масштабу. Ця робота дає нам прозору та надійну платформу для розуміння та проектування магнетизму в атомному масштабі. Це відкриває двері для абсолютно нового класу магнітних технологій.”
Посилання на дослідження:
- Настроювані антиферомагнітні домени та зміщення поперечного обміну в атомарно тонких CrPS4
- Автори: Ю-Суан Ван, Томас К. М. Грем, Рікардо Рама-Ейроа, доктор медичних наук Аріфул Іслам, Мохаммад х.Бадарне, Рафаель Нуньєс Гонтіхо, Ганеш Прасад Тіварі, Тібендра Адхікарі, Сінью Чжан, Кенджі Ватанабе, Такаші Танігучі., Клер Бессон, Елтон Дж. Г. Сантос, Чжонг Лін та Брайан б. Чжоу
- Nature Materials, 12 червня 2025 року
- DOI: 10.1038/s41563-025-02259-x
Дослідження було підтримано Британським інститутом досліджень та інновацій (UKRI), Національним науковим фондом (NSF) та Королівським товариством.
