|
Странный магнитный материал улучшит компьютеры
|
|
|
|
Исследовательское сотрудничество под руководством EPFL обнаружило удивительное магнитное свойство экзотического материала, которое может привести к созданию компьютеров, которым потребуется менее одной миллионной энергии, необходимой для переключения одного бита. Мир материаловедения постоянно открывает или создает материалы с экзотическими свойствами. Среди них — мультиферроики — уникальный класс материалов, которые могут быть и намагничены, и поляризованы одновременно, а это означает, что они чувствительны как к магнитным, так и к электрическим полям. Наличие обоих этих свойств в одном материале сделало мультиферроики очень интересными для исследовательских и коммерческих целей с потенциальными приложениями от современной электроники до памяти нового поколения. Понимая и используя свойства мультиферроиков, исследователи стремятся разработать более эффективные, компактные и даже энергосберегающие технологии.
|
|
|
|
Теперь международное исследовательское сотрудничество обнаружило некоторые удивительные свойства мультиферроика, легированного марганцем теллурида германия (GeTe, легированного Mn); «легированная» часть названия просто означает, что небольшое количество атомов марганца (Mn) было введено в кристаллическую структуру теллурида германия (GeTe) для изменения ее свойств. Работа обещает будущее энергоэффективных вычислений, но также предлагает более глубокое понимание коллективного поведения в мультиферроидных материалах. Проект возглавляли профессора Хьюго Дил из EPFL, Гюнтер Спрингхольц из Университета Иоганна Кеплера в Линце и Ян Минар из Университета Западной Богемии. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. GeTe, легированный Mn, известен своими уникальными сегнетоэлектрическими и магнитными свойствами. Но новое исследование теперь показало, что он также обладает магнитным порядком, отличным от типичных ферромагнетиков, таких как железо, которые выравниваются по магнитному полю. Вместо этого ученые обнаружили, что GeTe, легированный Mn, проявляет характеристики ферримагнетика.
|
|
|
Что такое ферримагнетик? В отличие от «обычных» магнитов, подобных тем, которые мы прикрепляем к нашим холодильникам, ферримагнетик больше похож на два магнита с немного разной силой, наложенных друг на друга. Открытие того, что GeTe, легированный Mn, ведет себя подобным образом, означает, что теперь у нас есть больше гибкости в управлении направлением намагничивания — важная особенность для ряда технологий. Это оказалось важным, поскольку позволило ученым разработать метод повышения эффективности переключения направления намагничивания на поразительные шесть порядков. Вместо того, чтобы делать это традиционным способом подачи большого импульса тока на GeTe, легированный Mn, они вместо этого использовали небольшой, постоянно колеблющийся (переменный) электрический ток, за которым следовал крошечный толчок тока в нужный момент - что немного похоже на толчок. взмах в нужный момент, чтобы он поднялся выше с меньшими усилиями. Исследователи назвали это явление «стохастическим резонансом». Этот крошечный «толчок» вызвал изменение, которое быстро распространилось по легированному Mn GeTe, как рябь в пруду. Это произошло потому, что материал ведет себя немного как твердое тело и немного как жидкость — по сути, стекло: изменение в одной части вызывает цепную реакцию, которая изменяет другие части.
|
|
|
|
Говоря более техническим языком, магнитный переключатель быстро распространялся по легированному Mn GeTe посредством коллективных возбуждений, которые представляют собой скоординированные коллективные движения большого количества электронных спинов внутри материала. «Это возможно, потому что система образует коррелированное спиновое стекло, в котором локальные магнитные моменты находятся в стеклообразном состоянии, подобно атомам в старомодном окне», — говорит Хьюго Дил. «Если один спин будет вынужден изменить свою ориентацию, эта информация будет распространяться как волна через образец и заставит другие магнитные моменты также переключиться». Он добавляет: «Для технологических приложений такое увеличение эффективности переключения, конечно, очень интересно. В конечном итоге оно может привести к тому, что компьютеры будут нуждаться менее чем в одной миллионной части нынешней необходимой энергии для небольшого переключения. Однако, как физик, что на самом деле Меня интригует коллективное поведение. Сейчас мы планируем эксперименты с пространственным и временным разрешением, чтобы проследить, как распространяются эти возбуждения и как мы можем ими управлять».
|
|
|
|
Источник
|
