研究?霍爾效應(yīng) 由于一支國際科學(xué)家團隊的支持,反鐵磁材料取得了顯著的進步,增加了下一代存儲設(shè)備的價值。

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

相比之下,傳統(tǒng)的鐵磁材料在傳統(tǒng)的磁存儲系統(tǒng)中使用的不是這樣的。在這個例子中,比特產(chǎn)生一個磁場,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)字計算的基礎(chǔ)是讀取、寫入和刪除二進制數(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電信信號,作為一個可以表示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。實際上,它是一個記憶細胞。然后,功率和處理能力的擴大是由小型化晶體管和將越來越多的晶體管安裝到硅晶圓片上的能力所推動的。

科學(xué)家們爭先恐后地尋找替代品?摩爾定律 很危險而且正在迅速接近一個關(guān)鍵的障礙。一個想法是想出如何利用物質(zhì)的量子態(tài)來執(zhí)行二進制計算。

進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)的計算。

對于量子計算、神經(jīng)形態(tài)計算和大功率數(shù)據(jù)存儲等領(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)--一個量子量--從本質(zhì)上揭示了電子的角動量。盡管經(jīng)典物理學(xué)中沒有類似的數(shù)量,但它通過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,其中符號反映兩個可能的方向,即分別為"向上"或"向上"或"向下"或向下。因此,電子可能被認為是以地球繞太陽運行的同樣方式環(huán)繞元素核的微小磁鐵。每個電子對于原子核都有自己獨特的旋轉(zhuǎn)方向,可以在任意一個方向上排列。

SPIN是信息編碼的完美選擇,因為它只接受這兩個值,類似于二進制代碼如何使用位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。

與二進制代碼類似,電子的旋轉(zhuǎn)態(tài)有兩個值: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。

找到一種適合于個人電腦和智能手機的材料是基于旋轉(zhuǎn)電子學(xué)的,并且滿足了兩個要求--控制電子旋轉(zhuǎn)方向的能力和一個"生命周期",或一個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

為了實現(xiàn)基于旋轉(zhuǎn)電子學(xué)的系統(tǒng)的技術(shù),有一類獨特的材料(反鐵磁體)具有弱或可忽略的外部相互作用磁場--這對小型化存儲器設(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外部磁場不敏感。

· 與鄰近粒子沒有相互作用。

· 短開關(guān)時間(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。

一個有趣的材料是半金屬的MN3SN。由于MN3SN不是一個完美的反鐵磁體,它的外部磁場很弱,所以人們對它越來越感興趣?？茖W(xué)家們想知道這個弱磁場是否導(dǎo)致霍爾效應(yīng)?；旧?具有異常霍爾效應(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) 垂直于一個外部磁場的橫向運動,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,所以沒有外部磁場。

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,它將機械變形和磁矩感應(yīng)自發(fā)結(jié)合起來。

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)的機械應(yīng)變和磁極化。通過對壓磁材料施加物理應(yīng)變,你可能會引起自發(fā)的磁矩,通過提供磁場,你可能會引起物理變形。

因此,它允許一個磁矩的雙向調(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

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

如果霍爾效應(yīng)是由磁場引起的,材料上的電壓就會改變。研究人員證明,在實際操作中,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保持一個微弱的外部磁場。研究人員在文章中指出,他們能夠證明對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)致異常霍爾效應(yīng)的原因。

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

根據(jù)科學(xué)家的說法,這個實驗證明了傳導(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)對于理解和發(fā)展磁記憶技術(shù)至關(guān)重要。

實驗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調(diào)節(jié)異?；魻栃?yīng)。

目前已經(jīng)有幾種自旋電子存儲設(shè)備在使用中。盡管依賴于鐵磁開關(guān)，MRAM(磁阻隨機存取存儲器)已經(jīng)被商業(yè)化，并可能取代電子存儲器。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作為一個直接的存儲裝置，證明了該材料中自旋態(tài)的切換。