反铁磁材料增加存储的价值

研究 霍尔效应 由于一支国际科学家团队的支持,反铁磁材料取得了显著的进步,增加了下一代存储设备的价值。

反铁磁材料由于电子旋转而表现出内部磁性,但实际上没有外部磁场存在。由于缺乏外部磁场,因此可以储存由丹麦包起来的比特,这使它们成为数据存储的理想对象。

相比之下,传统的铁磁材料在传统的磁存储系统中使用的不是这样的。在这个例子中,比特产生一个磁场,使它很难保持它们的接近,以防止相互作用。

反铁磁材料和铁磁材料的一个重要特性是霍尔效应,它显示出垂直于电流方向的电压。电压的标志用指向上或下的箭头表示,因此用位1或0表示。在反铁磁材料中,这种效应已经成为物理学的基础了大约10年,其中某些东西还没有被发现。

数字电子学

数字计算的基础是读取、写入和删除二进制数据状态的能力。晶体管是一种半导体设备,它可以在当今集成电路中切换一个电信信号,作为一个可以表示0或一的位。

因此,我们经常把晶体管称为基本的逻辑门或数字器件。实际上,它是一个记忆细胞。然后,功率和处理能力的扩大是由小型化晶体管和将越来越多的晶体管安装到硅晶圆片上的能力所推动的。

科学家们争先恐后地寻找替代品 摩尔定律 很危险而且正在迅速接近一个关键的障碍。一个想法是想出如何利用物质的量子态来执行二进制计算。

进入原子或电子的旋态是另一种选择。斯平电子是一种允许在读写操作中使用电荷状态以外的状态的计算。

对于量子计算、神经形态计算和大功率数据存储等领域的发展,旋转电子器件具有潜在的影响。与传统器件相比,这些器件具有更快的数据处理速度和更大的晶体管密度。

电子旋

电子的旋转--一个量子量--从本质上揭示了电子的角动量。尽管经典物理学中没有类似的数量,但它通过比较使我们想起粒子在其本身轴内的旋转。

这一数额的唯一可设想的数值是+1/2和-1/2,其中符号反映两个可能的方向,即分别为"向上"或"向上"或"向下"或向下。因此,电子可能被认为是以地球绕太阳运行的同样方式环绕元素核的微小磁铁。每个电子对于原子核都有自己独特的旋转方向,可以在任意一个方向上排列。

SPIN是信息编码的完美选择,因为它只接受这两个值,类似于二进制代码如何使用位0和位1。因此,发展了一种新型电子形式的螺旋电子学概念。

与二进制代码类似,电子的旋转态有两个值:上上下下,相当于"0"和"1"。这些数值使数字信息的传输速度快于 硅技术 用于当代晶体管和更小的物理尺寸。

找到一种适合于个人电脑和智能手机的材料是基于旋转电子学的,并且满足了两个要求--控制电子旋转方向的能力和一个"生命周期",或一个足以让信息传递的生命周期--到目前为止已经证明是困难的。

反铁磁材料

为了实现基于旋转电子学的系统的技术,有一类独特的材料(反铁磁体)具有弱或可忽略的外部相互作用磁场--这对小型化存储器设备至关重要。反铁磁体的主要特性基本如下:

· 由于零外部磁化而对外部磁场不敏感。

· 与邻近粒子没有相互作用。

· 短开关时间(反铁磁共振的顺序是太赫兹,而不是像在铁磁体中那样的千兆赫)。

· 大范围的反铁磁材料,如半导体和超导体。

一个有趣的材料是半金属的MN3SN。由于MN3SN不是一个完美的反铁磁体,它的外部磁场很弱,所以人们对它越来越感兴趣。科学家们想知道这个弱磁场是否导致霍尔效应。基本上,具有异常霍尔效应的反铁磁晶体几乎没有磁化。

霍尔效应

带电荷的粒子 霍尔效应 垂直于一个外部磁场的横向运动,并在导电方向。在异常霍尔效应中也可以看到类似的行为,但是由于导电材料的晶格结构产生自己的磁场,所以没有外部磁场。

异常霍尔效应使研究人员可以研究反铁磁体的特性,包括压磁性,它将机械变形和磁矩感应自发结合起来。

一些反铁磁和铁磁晶体表现出一种被称为压磁现象的现象:一种线性关系将其区分为系统的机械应变和磁极化。通过对压磁材料施加物理应变,你可能会引起自发的磁矩,通过提供磁场,你可能会引起物理变形。

因此,它允许一个磁矩的双向调节,而不是磁致伸缩。这种现象类似于它的"电性",即压电,如果在环境温度下尺寸增加,在技术上可能是有用的。

利用MN3SN,发现应用0.1%左右的单轴小应变可以控制异常霍尔效应的标志和大小。

试验

研究小组对Weyl反铁磁体的测试表明,施加应力会增加外部残余磁场。

如果霍尔效应是由磁场引起的,材料上的电压就会改变。研究人员证明,在实际操作中,电压没有显著变化。相反,他们得出结论,霍尔效应是由材料内旋转的电子的方向引起的。

mn3sn保持一个微弱的外部磁场。研究人员在文章中指出,他们能够证明对材料的电压没有相应的影响,因此,材料中的旋转电子的排列是导致异常霍尔效应的原因。

通过这种方法,反铁磁晶体可以得到一个小的单轴变形来微调异常霍尔效应,这使压磁学被用来以一种不同于单轴变形磁化的方式来调节MN3N中的异常霍尔效应(传统上,异常霍尔效应的功能控制是通过应用外部磁场实现的)。

根据科学家的说法,这个实验证明了传导电子和它们的旋转之间的量子相互作用是产生霍尔效应的原因。这些发现对于理解和发展磁记忆技术至关重要。

实验揭示了在某些材料中,如何利用约束引起的晶格变化和电子的各向异性来调节异常霍尔效应。

目前已经有几种自旋电子存储设备在使用中。尽管依赖于铁磁开关，MRAM(磁阻随机存取存储器)已经被商业化，并可能取代电子存储器。使用与MRAM中的铁磁体相同的技术，我们能够诱导反铁磁材料Mn3Sn作为一个直接的存储装置，证明了该材料中自旋态的切换。