研究?霍爾效應(yīng) 由于一支國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的支持,反鐵磁材料取得了顯著的進(jìn)步,增加了下一代存儲(chǔ)設(shè)備的價(jià)值。

反鐵磁材料由于電子旋轉(zhuǎn)而表現(xiàn)出內(nèi)部磁性,但實(shí)際上沒有外部磁場(chǎng)存在。由于缺乏外部磁場(chǎng),因此可以儲(chǔ)存由丹麥包起來(lái)的比特,這使它們成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的理想對(duì)象。

相比之下,傳統(tǒng)的鐵磁材料在傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用的不是這樣的。在這個(gè)例子中,比特產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng),使它很難保持它們的接近,以防止相互作用。

反鐵磁材料和鐵磁材料的一個(gè)重要特性是霍爾效應(yīng),它顯示出垂直于電流方向的電壓。電壓的標(biāo)志用指向上或下的箭頭表示,因此用位1或0表示。在反鐵磁材料中,這種效應(yīng)已經(jīng)成為物理學(xué)的基礎(chǔ)了大約10年,其中某些東西還沒有被發(fā)現(xiàn)。

數(shù)字電子學(xué)

數(shù)字計(jì)算的基礎(chǔ)是讀取、寫入和刪除二進(jìn)制數(shù)據(jù)狀態(tài)的能力。晶體管是一種半導(dǎo)體設(shè)備,它可以在當(dāng)今集成電路中切換一個(gè)電信信號(hào),作為一個(gè)可以表示0或一的位。

因此,我們經(jīng)常把晶體管稱為基本的邏輯門或數(shù)字器件。實(shí)際上,它是一個(gè)記憶細(xì)胞。然后,功率和處理能力的擴(kuò)大是由小型化晶體管和將越來(lái)越多的晶體管安裝到硅晶圓片上的能力所推動(dòng)的。

科學(xué)家們爭(zhēng)先恐后地尋找替代品?摩爾定律 很危險(xiǎn)而且正在迅速接近一個(gè)關(guān)鍵的障礙。一個(gè)想法是想出如何利用物質(zhì)的量子態(tài)來(lái)執(zhí)行二進(jìn)制計(jì)算。

進(jìn)入原子或電子的旋態(tài)是另一種選擇。斯平電子是一種允許在讀寫操作中使用電荷狀態(tài)以外的狀態(tài)的計(jì)算。

對(duì)于量子計(jì)算、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算和大功率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的發(fā)展,旋轉(zhuǎn)電子器件具有潛在的影響。與傳統(tǒng)器件相比,這些器件具有更快的數(shù)據(jù)處理速度和更大的晶體管密度。

電子旋

電子的旋轉(zhuǎn)--一個(gè)量子量--從本質(zhì)上揭示了電子的角動(dòng)量。盡管經(jīng)典物理學(xué)中沒有類似的數(shù)量,但它通過(guò)比較使我們想起粒子在其本身軸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。

這一數(shù)額的唯一可設(shè)想的數(shù)值是+1/2和-1/2,其中符號(hào)反映兩個(gè)可能的方向,即分別為"向上"或"向上"或"向下"或向下。因此,電子可能被認(rèn)為是以地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的同樣方式環(huán)繞元素核的微小磁鐵。每個(gè)電子對(duì)于原子核都有自己獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)方向,可以在任意一個(gè)方向上排列。

SPIN是信息編碼的完美選擇,因?yàn)樗唤邮苓@兩個(gè)值,類似于二進(jìn)制代碼如何使用位0和位1。因此,發(fā)展了一種新型電子形式的螺旋電子學(xué)概念。

與二進(jìn)制代碼類似,電子的旋轉(zhuǎn)態(tài)有兩個(gè)值:上上下下,相當(dāng)于"0"和"1"。這些數(shù)值使數(shù)字信息的傳輸速度快于?硅技術(shù) 用于當(dāng)代晶體管和更小的物理尺寸。

找到一種適合于個(gè)人電腦和智能手機(jī)的材料是基于旋轉(zhuǎn)電子學(xué)的,并且滿足了兩個(gè)要求--控制電子旋轉(zhuǎn)方向的能力和一個(gè)"生命周期",或一個(gè)足以讓信息傳遞的生命周期--到目前為止已經(jīng)證明是困難的。

反鐵磁材料

為了實(shí)現(xiàn)基于旋轉(zhuǎn)電子學(xué)的系統(tǒng)的技術(shù),有一類獨(dú)特的材料(反鐵磁體)具有弱或可忽略的外部相互作用磁場(chǎng)--這對(duì)小型化存儲(chǔ)器設(shè)備至關(guān)重要。反鐵磁體的主要特性基本如下:

· 由于零外部磁化而對(duì)外部磁場(chǎng)不敏感。

· 與鄰近粒子沒有相互作用。

· 短開關(guān)時(shí)間(反鐵磁共振的順序是太赫茲,而不是像在鐵磁體中那樣的千兆赫)。

· 大范圍的反鐵磁材料,如半導(dǎo)體和超導(dǎo)體。

一個(gè)有趣的材料是半金屬的MN3SN。由于MN3SN不是一個(gè)完美的反鐵磁體,它的外部磁場(chǎng)很弱,所以人們對(duì)它越來(lái)越感興趣?？茖W(xué)家們想知道這個(gè)弱磁場(chǎng)是否導(dǎo)致霍爾效應(yīng)。基本上,具有異?；魻栃?yīng)的反鐵磁晶體幾乎沒有磁化。

霍爾效應(yīng)

帶電荷的粒子?霍爾效應(yīng) 垂直于一個(gè)外部磁場(chǎng)的橫向運(yùn)動(dòng),并在導(dǎo)電方向。在異?；魻栃?yīng)中也可以看到類似的行為,但是由于導(dǎo)電材料的晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自己的磁場(chǎng),所以沒有外部磁場(chǎng)。

異?；魻栃?yīng)使研究人員可以研究反鐵磁體的特性,包括壓磁性,它將機(jī)械變形和磁矩感應(yīng)自發(fā)結(jié)合起來(lái)。

一些反鐵磁和鐵磁晶體表現(xiàn)出一種被稱為壓磁現(xiàn)象的現(xiàn)象:一種線性關(guān)系將其區(qū)分為系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)變和磁極化。通過(guò)對(duì)壓磁材料施加物理應(yīng)變,你可能會(huì)引起自發(fā)的磁矩,通過(guò)提供磁場(chǎng),你可能會(huì)引起物理變形。

因此,它允許一個(gè)磁矩的雙向調(diào)節(jié),而不是磁致伸縮。這種現(xiàn)象類似于它的"電性",即壓電,如果在環(huán)境溫度下尺寸增加,在技術(shù)上可能是有用的。

利用MN3SN,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用0.1%左右的單軸小應(yīng)變可以控制異常霍爾效應(yīng)的標(biāo)志和大小。

試驗(yàn)

研究小組對(duì)Weyl反鐵磁體的測(cè)試表明,施加應(yīng)力會(huì)增加外部殘余磁場(chǎng)。

如果霍爾效應(yīng)是由磁場(chǎng)引起的,材料上的電壓就會(huì)改變。研究人員證明,在實(shí)際操作中,電壓沒有顯著變化。相反,他們得出結(jié)論,霍爾效應(yīng)是由材料內(nèi)旋轉(zhuǎn)的電子的方向引起的。

mn3sn保持一個(gè)微弱的外部磁場(chǎng)。研究人員在文章中指出,他們能夠證明對(duì)材料的電壓沒有相應(yīng)的影響,因此,材料中的旋轉(zhuǎn)電子的排列是導(dǎo)致異?；魻栃?yīng)的原因。

通過(guò)這種方法,反鐵磁晶體可以得到一個(gè)小的單軸變形來(lái)微調(diào)異?；魻栃?yīng),這使壓磁學(xué)被用來(lái)以一種不同于單軸變形磁化的方式來(lái)調(diào)節(jié)MN3N中的異常霍爾效應(yīng)(傳統(tǒng)上,異?；魻栃?yīng)的功能控制是通過(guò)應(yīng)用外部磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的)。

根據(jù)科學(xué)家的說(shuō)法,這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了傳導(dǎo)電子和它們的旋轉(zhuǎn)之間的量子相互作用是產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解和發(fā)展磁記憶技術(shù)至關(guān)重要。

實(shí)驗(yàn)揭示了在某些材料中,如何利用約束引起的晶格變化和電子的各向異性來(lái)調(diào)節(jié)異?；魻栃?yīng)。

目前已經(jīng)有幾種自旋電子存儲(chǔ)設(shè)備在使用中。盡管依賴于鐵磁開關(guān)，MRAM(磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)已經(jīng)被商業(yè)化，并可能取代電子存儲(chǔ)器。使用與MRAM中的鐵磁體相同的技術(shù)，我們能夠誘導(dǎo)反鐵磁材料Mn3Sn作為一個(gè)直接的存儲(chǔ)裝置，證明了該材料中自旋態(tài)的切換。