Naukowcy z University of Maryland i ich współpracownicy opracowali niedawno nową strategię, która nadaje się do spożytkowania celem skutecznego sterowania izolatorami magnetycznymi 2D. Taktyka ta, opisana w artykule, jaki ukazał się w prestiżowym czasopiśmie: „Nature Electronics”, opiera się na zastosowaniu cienkiego polimeru ferroelektrycznego, który może modulować reakcje magnetyczne materiałów 2D. „Jeśli chodzi o sprzęty elektroniczne, ludzie dążą przede wszystkim do redukcji rozmiarów (w związku z rosnącą gęstością integracji, co oznacza, że więcej urządzeń można osadzić na jednostce powierzchni/objętości chipa), zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia sprawności” — powiedział Cheng Gong, główny badacz tego projektu w wywiadzie z czasopismem Tech Xplore. „Materiały 2D są atomowo cienkie, więc naturalnie mają przewagę pod względem gabarytów. Jeśli możemy używać niewielkich napięć do obsługi ich stanów magnetycznych, oznacza to również niskie zużycie energii. A jeżeli taka kontrola może być nieulotna, byłoby to świetne dla urządzenia pamięci [w takim systemie, po wyłączeniu zasilania, informacje — w postaci stanu układu — pozostaną w nim w niezmienionej formie]”.
Kluczowym celem ostatnich prac Gonga i jego współpracowników było zbadanie możliwości spożytkowania cienkich warstw ferroelektrycznych do kontrolowania właściwości magnesów 2D w ujęciu nieulotnym. Biorąc pod uwagę, że takie powłoki są atomowo cienkie i można je modulować w ww. sposób, przykładając do nich niewielkie napięcia, zespół miał nadzieję, że z ich wykorzystaniem możliwe będzie zbudowanie niskonapięciowo kierowanych, atomowo cienkich izolatorów magnetycznych 2D zachowujących swój stan po odłączeniu zasilania. Aby przetestować tę hipotezę, zasadniczo umieścili cienką warstwę ferroelektryczną na wierzchu płatka magnesu 2D, a następnie przybliżyli do niej napięcie. W swoich eksperymentach zużytkowali dwuwymiarowy izolator magnetyczny — tellurek chromowo-germanowy (Cr2Ge2Te6) — polimer ferroelektryczny w postaci P(VDF-TrFE) (poli(fluorek winylidenu-ko-trifluoroetylen)). „Materiały ferroelektryczne to elementy z wewnętrznymi dipolami elektrycznymi” — wyjaśnił Gong. „Ładunki dodatnie i ujemne nie skupiają się w tej samej pozycji w jednostkach ferroelektrycznych, więc dipol elektryczny powstaje pomiędzy ładunkiem dodatnim i ujemnym. Po przyłożeniu niewielkiego napięcia o przeciwnych znakach można zamienić pozycje ładunków dodatnich i ujemnych tam i z powrotem. Dwie konfiguracje ferroelektryczne mogą w różny sposób wpływać na właściwości magnesów 2D”.
Wstępne testy przeprowadzone przez zespół naukowców dały bardzo obiecujące wyniki. Zaproponowana przez nich strategia umożliwiła ferroelektryczne sterowanie dwuwymiarowym izolatorem magnetycznym poprzez podanie relatywnie niedużego napięcia elektrycznego (5 V) do warstwy ferroelektrycznej. Magnes 2D, którego użyli jest ferromagnesem, podczas gdy wykorzystany w eksperymencie polimer był ferroelektrykiem; w ten sposób ostatecznie badacze stworzyli coś, co nazwali systemem multi-ferroicznym.
Gong i jego współpracownicy byli pierwszym zespołem na świecie, który zademonstrował nieulotną kontrolę elektryczną magnesów 2D. W przyszłości wprowadzona przez nich strategia może pomóc w opracowaniu nowych energooszczędnych pamięci spintronicznych i sprzętów logicznych. „Istnieje wiele podstawowych procesów fizycznych leżących u podstaw struktur tych materiałów, a także dużo miejsca na dalsze ulepszenie parametrów powstałego urządzenia” — dodał Gong. „Wprowadzając te sprzęty do innych dziedzin badań, moglibyśmy osiągnąć interdyscyplinarny rozwój prowadzący do stworzenia przełomowych urządzeń, takich jak bioczujniki do wczesnego wykrywania chorób bądź sensory do monitorowania procesu psucia się żywności lub jej świeżości”.
Źródło: https://techxplore.com/news/2023-04-non-volatile-electrical-2d-magnetic-insulator.html
Cool? Ranking DIY
