Прорыв в области магнитных квантовых материалов прокладывает путь для сверхбыстрых устойчивых компьютеров
Исследователям впервые удалось продемонстрировать устройство, основанное на двумерном магнитном материале, при комнатной температуре. Двумерный магнитный кристалл показан в виде синего, желтого и белого шариков и представляет собой смесь атомов железа, теллура и германия. Большая бирюзовая стрелка указывает направление намагничивания двумерного магнита. Кристалл серого цвета представляет собой атомы углерода графенового канала. Меньшие бирюзовые стрелки указывают на электроны со спин-поляризацией, инжектированные из двумерного магнита в графеновый канал. Здесь двумерный магнит действует как источник спин-поляризованных электронов, а графеновый канал для спинового переноса и связи.
Открытие новых квантовых материалов с магнитными свойствами может проложить путь к сверхбыстрым и значительно более энергоэффективным компьютерам и мобильным устройствам. До сих пор было показано, что эти типы материалов работают только при чрезвычайно низких температурах. Теперь исследовательская группа Технологического университета Чалмерса в Швеции первой смогла заставить устройство, изготовленное из двумерного магнитного квантового материала, работать при комнатной температуре.
Сегодняшнее стремительное расширение ИТ генерирует огромные объемы цифровых данных, которые необходимо хранить, обрабатывать и передавать. Это связано с постоянно растущей потребностью в энергии — по прогнозам, к 2050 году она составит более 30% от общего мирового потребления энергии. Для решения этой проблемы исследовательское сообщество внедрило новую парадигму в материаловедении. Исследования и разработки двумерных квантовых материалов, которые формируются в виде листов толщиной всего в несколько атомов, открыли новые возможности для устойчивого, более быстрого и энергоэффективного хранения и обработки данных в компьютерах и мобильных устройствах.
Первым атомарно тонким материалом, выделенным в лаборатории, был графен, пластинка графита толщиной в один атом, за которую в 2010 году была присуждена Нобелевская премия по физике. А в 2017 году впервые были обнаружены двумерные материалы с магнитными свойствами. Магниты играют фундаментальную роль в нашей повседневной жизни, от датчиков в наших автомобилях и бытовой технике до компьютерных систем хранения данных и технологий памяти, и это открытие открыло путь к новым, более экологичным решениям для широкого спектра технологических устройств.
"Двумерные магнитные материалы более устойчивы, потому что они атомарно тонкие и обладают уникальными магнитными свойствами, которые делают их привлекательными для разработки новых энергоэффективных и сверхбыстрых приложений для датчиков, а также передовых концепций магнитной памяти и вычислений. Это делает их перспективными кандидатами для целого ряда различных технологий ", - говорит Сародж Дэш, профессор физики квантовых устройств Технологического университета Чалмерса.
Впервые продемонстрированы устройства на основе 2D-магнитов при комнатной температуре
До сих пор исследователям удавалось демонстрировать двумерные магниты только при экстремально низких температурах в лабораторных условиях, так называемых криогенных температурах, что препятствует их более широкому использованию в обществе. Но теперь группа исследователей из Технологического университета Чалмерса впервые смогла продемонстрировать новое двумерное устройство на основе магнитных материалов при комнатной температуре. Они использовали сплав на основе железа (Fe5GeTe2) с графеном, который может быть использован в качестве источника и детектора электронов со спин-поляризацией. В настоящее время считается, что этот прорыв позволит использовать ряд технических приложений в нескольких отраслях промышленности, а также в нашей повседневной жизни.
"Эти 2D-магниты могут быть использованы для разработки ультракомпактных, более быстрых и энергоэффективных устройств памяти в компьютерах. Они также могут быть использованы для разработки высокочувствительных магнитных датчиков для широкого спектра применений, включая биомедицинский и экологический мониторинг, навигацию и связь ", - объясняет Бинг Чжао, докторант по физике квантовых устройств и первый автор исследования, опубликованного в Advanced Materials.
Обычные электронные логические устройства основаны на немагнитных полупроводниках и используют поток электрических зарядов для обработки информации и связи. Спинтронные устройства, с другой стороны, используют спин электронов для генерации зарядовых токов и управления ими, а также для взаимного преобразования электрических и магнитных сигналов. Объединяя обработку, хранение, датчики и логику в рамках единой интегрированной платформы, спинтроника может дополнять, а в некоторых случаях и превосходить полупроводниковую электронику, предлагая преимущества с точки зрения масштабирования, энергопотребления и скорости обработки данных.
05.04.2024 | Категория: Квант
