นวัตกรรมวิธีการเปลี่ยนการสะกดจิตในวัสดุแม่เหล็ก

ด้วยการวางตำแหน่งวัสดุที่เหมาะสมในมุมที่เหมาะสม นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์สามารถค้นพบวิธีการเปลี่ยนการสะกดจิตในชั้นบางๆ ของเฟอร์โรแมกเนท ซึ่งเป็นแนวทางที่อาจส่งผลให้เกิดอุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพพลังงานสูง

นวัตกรรมวิธีการเปลี่ยนการสะกดจิตในวัสดุแม่เหล็ก

เครดิตภาพ: Shutterstock.com/sakkmesterke

การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวันที่ 5 พฤษภาคมไทย ปัญหาของ อิเล็กทรอนิกส์ธรรมชาติ. ผู้เขียนร่วมของงานวิจัยนี้ ได้แก่ นักวิจัยดุษฎีบัณฑิต Arnab Bose และนักศึกษาปริญญาเอก Rakshit Jain และ Nathaniel Schreiber

เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักฟิสิกส์พยายามที่จะเปลี่ยนการจัดแนวของการหมุนของอิเล็กตรอนในวัสดุแม่เหล็กโดยให้อิทธิพลกับสนามแม่เหล็ก แต่นักวิทยาศาสตร์รวมถึง Dan Ralph, FR Newman Professor of Physics ใน College of Arts and Sciences และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษา กลับมองว่าการใช้กระแสหมุนที่ส่งโดยอิเล็กตรอน ซึ่งมีอยู่เมื่ออิเล็กตรอนมีการหมุนตามปกติในทิศทางเดียว

เมื่อกระแสสปินเหล่านี้โต้ตอบกับชั้นแม่เหล็กบาง ๆ พวกมันจะถ่ายเทโมเมนตัมเชิงมุมและสร้างแรงบิดเพียงพอที่จะเปลี่ยนการสะกดจิต 180 องศา (ขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงการจัดตำแหน่งแม่เหล็กนี้คือการเขียนข้อมูลในอุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็ก)

ทีมงานของราล์ฟได้จดจ่ออยู่กับการค้นหาวิธีการควบคุมทิศทางของการหมุนในกระแสหมุนโดยการผลิตโดยใช้วัสดุต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า การหมุนของอิเล็กตรอนอื่นๆ ในแอนตีเฟอโรแม่เหล็กจะชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจึงไม่มีการดึงดูดด้วยแม่เหล็ก

โดยพื้นฐานแล้ว ลำดับต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถลดสมมาตรของตัวอย่างลงได้มากพอที่จะยอมให้กระแสการหมุนที่แปลกใหม่มีอยู่ กลไกของแอนตีเฟอโรแม่เหล็กดูเหมือนจะให้กระแสสปินที่ค่อนข้างแรงเช่นกัน

Dan Ralph ผู้เขียนการศึกษาอาวุโสและ FR Newman Professor of Physics, College of Arts and Sciences, Cornell University

นักวิจัยได้ทำการทดสอบแอนติเฟอโรแมกเนต์รูทีเนียมไดออกไซด์และประเมินวิธีการที่กระแสการหมุนของมันเปลี่ยนการสะกดจิตในชั้นบาง ๆ ของโลหะผสมแม่เหล็กนิกเกิล-เหล็กที่เรียกว่าเพอร์มัลลอย ซึ่งเป็นเฟอร์โรแมกเนทที่อ่อนนุ่ม ในการสร้างแผนภูมิส่วนประกอบต่างๆ ของแรงบิด พวกเขาคำนวณผลกระทบของมันที่ช่วงมุมสนามแม่เหล็ก

เราไม่รู้ว่าเราเห็นอะไรในตอนแรก มันแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากสิ่งที่เราเห็นก่อนหน้านี้ และเราใช้เวลามากในการค้นหาว่ามันคืออะไร นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ยังรวมเข้ากับอุปกรณ์หน่วยความจำได้ยาก และความหวังของเราก็คือการค้นหาวัสดุอื่นๆ ที่จะแสดงพฤติกรรมที่คล้ายคลึงกันซึ่งสามารถรวมเข้าด้วยกันได้อย่างง่ายดาย

รักษิต เจน ผู้เขียนร่วมศึกษาและนักศึกษาปริญญาเอก, มหาวิทยาลัยคอร์เนล

ในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ค้นพบกลไกที่เรียกว่า “การแยกตัวขึ้นกับโมเมนตัม” ซึ่งเป็นเอกสิทธิ์ของรูทีเนียมออกไซด์และสารต้านเฟอโรแม่เหล็กอื่นๆ ในหมวดหมู่เดียวกัน

“เป็นเวลานานแล้ว ที่ผู้คนสันนิษฐานว่าในแอนติเฟอโรแม่เหล็กหมุนขึ้นและหมุนลงอิเล็กตรอนจะมีพฤติกรรมแบบเดียวกันเสมอ วัสดุประเภทนี้เป็นสิ่งใหม่จริงๆ” ราล์ฟกล่าวว่า

สปินและสปินดาวน์สถานะอิเล็กทรอนิกส์โดยพื้นฐานแล้วมีการพึ่งพาที่แตกต่างกัน เมื่อคุณเริ่มใช้สนามไฟฟ้า นั่นจะทำให้คุณสร้างกระแสสปินที่แรงได้ในทันที เนื่องจากอิเล็กตรอนที่หมุนขึ้นและหมุนลงจะมีปฏิกิริยาต่างกัน ดังนั้นคุณจึงสามารถเร่งความเร็วอย่างใดอย่างหนึ่งได้มากกว่าอีกอันหนึ่ง และรับกระแสสปินที่แรงด้วยวิธีนี้

Dan Ralph ผู้เขียนการศึกษาอาวุโสและ FR Newman Professor of Physics, College of Arts and Sciences, Cornell University

กลไกนี้ถูกสร้างทฤษฎีขึ้นมาแต่ยังไม่เคยมีการจัดทำเป็นเอกสารมาก่อน เมื่อโครงสร้างผลึกของแอนตีเฟอโรแมกเนต์อยู่ในแนวเดียวกันอย่างเหมาะสมภายในอุปกรณ์ กลไกดังกล่าวจะช่วยให้กระแสสปินเอียงในมุมที่สามารถช่วยให้การสลับแม่เหล็กมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อเทียบกับปฏิสัมพันธ์อื่นๆ ในวงโคจรของสปิน-ออร์บิต

ปัจจุบัน ทีมงานของ Ralph หวังว่าจะหาวิธีสร้าง antiferromagnets ซึ่งควบคุมโครงสร้างโดเมนได้ เช่น บริเวณที่โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนมีทิศทางเดียวกัน และตรวจสอบแต่ละโดเมนแยกกัน ซึ่งเป็นเรื่องยากเพราะโดเมนต่างๆ มักจะผสม

ในระยะเวลาอันใกล้ วิธีการของนักวิทยาศาสตร์อาจส่งผลให้เกิดความก้าวหน้าในเทคโนโลยีที่รวมหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มแม่เหล็ก

ความหวังคือการสร้างอุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพ หนาแน่นมาก และไม่ลบเลือน ซึ่งจะปรับปรุงอุปกรณ์หน่วยความจำซิลิกอนที่มีอยู่ ซึ่งจะทำให้มีการเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของหน่วยความจำในคอมพิวเตอร์อย่างแท้จริง เนื่องจากคุณมีบางอย่างที่มีความทนทานอย่างไม่มีขอบเขต หนาแน่นมาก เร็วมาก และข้อมูลจะยังคงอยู่แม้ว่าจะปิดเครื่องแล้วก็ตาม ไม่มีความทรงจำใดที่ทำอย่างนั้นในทุกวันนี้

Dan Ralph ผู้เขียนการศึกษาอาวุโสและ FR Newman Professor of Physics, College of Arts and Sciences, Cornell University

ผู้ร่วมวิจัย ได้แก่ อดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอก Ding-Fu Shao; Hari Nair ผู้ช่วยศาสตราจารย์วิจัยด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ นักศึกษาปริญญาเอก Jiaxin Sun และ Xiyue Zhang; Evgeny Tsymbal จากมหาวิทยาลัยเนแบรสกา; David Muller, ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมของ Samuel B. Eckert; และ Darrell Schlom ศาสตราจารย์ด้านเคมีอุตสาหกรรมของ Herbert Fisk Johnson

การศึกษาได้รับการสนับสนุนโดยกระทรวงพลังงานแห่งสหรัฐอเมริกา, Cornell Center for Materials Research (CCMR) โดยได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากโครงการศูนย์วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมด้านการวิจัยวัสดุของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, การวิเคราะห์และการค้นพบวัสดุเชื่อมต่อ (PARADIM), Gordon และ EPiQS Initiative ของมูลนิธิ Betty Moore Foundation, แพลตฟอร์มที่สนับสนุน NSF สำหรับ Accelerated Realization และโครงการวิจัยเครื่องมือหลักของ NSF

อุปกรณ์เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้สิ่งอำนวยความสะดวกที่ใช้ร่วมกันของ CCMR และ Cornell NanoScale Science and Technology Facility

การอ้างอิงวารสาร:

บอส เอ. et al. (2022) กระแสหมุนเอียงที่สร้างขึ้นโดย Collinear Antiferromanet Ruthenium Dioxide อิเล็กทรอนิกส์ธรรมชาติ. doi.org/10.1038/s41928-022-00744-8.

ที่มา: https://cornell.edu

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*