Des matériaux quantiques uniques pourraient permettre des ordinateurs compacts ultra-puissants

Dans les ordinateurs, les informations sont transmises à travers les semi-conducteurs par le mouvement des électrons et sont stockées dans la direction du spin des électrons dans les matériaux magnétiques. Pour réduire les dispositifs tout en améliorant leurs performances – un objectif d’un domaine émergent appelé spintronique (« spintronique ») – les chercheurs recherchent des matériaux uniques qui combinent des propriétés quantiques. Écrivant dans Nature Materials, une équipe de chimistes et de physiciens de l’Université de Columbia a découvert un lien étroit entre le transport d’électrons et le magnétisme dans un matériau appelé bromure de sulfure de chrome (CrSBr).

Créé dans le laboratoire du chimiste Xavier Roy, CrSBr est un cristal dit de van der Waals qui peut être décortiqué en couches 2D empilables de quelques atomes d’épaisseur. Contrairement aux matériaux apparentés qui sont rapidement détruits par l’oxygène et l’eau, les cristaux de CrSBr sont stables dans les conditions ambiantes. Ces cristaux maintiennent également Propriétés magnétiques à une température relativement élevée de -280 F, évitant le besoin d’hélium liquide coûteux refroidi à -450 F,

Les collègues Nathan Wilson et Xiaodong Xu de l’Université de Washington et de Xiaoyang Zhou en Colombie ont déclaré Evan Telford, chercheur postdoctoral au laboratoire de Roy qui a obtenu un doctorat en physique de Columbia en 2020. trouvé un lien Entre le magnétisme et la réponse du CrSBr à la lumière. Dans le présent travail, Telford a mené des efforts pour l’explorer Propriétés électroniques.

L’équipe a utilisé un fichier champ électrique Pour étudier les couches de CrSBr à travers différentes densités d’électrons, champs magnétiques et températures, différents paramètres peuvent être modifiés pour produire différents effets dans un matériau. Au fur et à mesure que les propriétés électroniques du CrSBr changeaient, son magnétisme changeait également.

« Les semi-conducteurs ont des propriétés électroniques accordables. Les aimants ont des configurations de spin accordables. Dans CrSBr, ces deux poignées sont combinées », a déclaré Roy. « Cela rend le CrSBr attrayant à la fois pour Recherche basique et pour des applications potentielles de spintronique. « 

Telford a expliqué que le magnétisme est une propriété difficile à mesurer directement, d’autant plus que la taille d’un matériau se rétrécit, mais il est facile de mesurer comment les électrons se déplacent avec un paramètre appelé résistance. Dans CrSBr, la résistance peut agir comme un proxy pour les états magnétiques non observables. « C’est très puissant », a déclaré Roy, d’autant plus que les chercheurs envisagent un jour de construire des puces d’aimants 2D pouvant être utilisées dans Statistiques quantitatives Et pour stocker d’énormes quantités de données dans un petit espace.

Telford a déclaré que le lien entre les propriétés électroniques et magnétiques du matériau était dû aux imperfections des couches – pour l’équipe, il a eu de la chance. « Les gens veulent généralement le matériau le plus propre possible, dit-il. Nos cristaux ont des défauts, mais sans eux, nous n’aurions pas remarqué cette association. »

À partir de là, le laboratoire de Roy teste des moyens de faire pousser des cristaux pelables de van der Waals avec des défauts intentionnels, afin d’améliorer la capacité d’affiner les propriétés du matériau. Ils étudient également si différentes combinaisons d’éléments peuvent fonctionner à des températures plus élevées tout en conservant ces précieuses propriétés d’agrégats.