只有一个原子厚!科学家创造出最薄磁体

科技 8个月前 社科兔
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只有一个原子厚!科学家创造出最薄磁体

  撰文 | 乔安娜·汤普森(Joanna Thompson)

  翻译 | 刘彬

  从计算机到信用卡再到云服务器,当今的技术依靠磁体将编码数据存储在设备上。但是磁体会占用本可被用于编码信息的空间,从而影响存储容量。

  现在,在《自然·通讯》(Nature Communications)期刊发表的一项研究中,研究人员设计了一种世界上最薄的磁体——只有单原子厚度的柔性氧化锌和钴薄膜。美国加利福尼亚大学伯克利分校的工程师姚杰(Jie Yao,这项研究的通讯作者)表示:“这意味着我们可以用等量的材料储存更多数据。”

  除了减小存储设备的尺寸,厚度小于1纳米的磁体在自旋电子元件的开发中也起到了必不可少的作用,自旋电子元件是指利用电子的自旋方向,而不是电荷来对数据进行编码的小组件。这种磁体甚至可以激发电子进入“量子叠加”状态,允许粒子同时占据多个状态。这样可以借助自旋向上、向下、或同时向上向下这三种状态存储数据,而不是通常情况下的前两种状态。

  一般认为,纳米级磁体必须要被过冷到-195℃左右的低温以维持磁场,这为自旋电子元件的应用带来了困难。“人们不会想随身携带低温冷却设备,因此,能在室温下实现的紧凑型柔性材料非常重要。”美国芝加哥大学自旋电子学领域的研究员戴维·奥沙洛姆(David Awschalom,并未参与这项研究)这样评价道。

  这种新磁体的二维晶格在室温下也可以完美保持功能,它甚至能在更高温(甚至足以将水煮沸)的环境中保持磁化状态。在新磁体的研发过程中,至关重要的是组合几种特定的元素:锌和氧本身不具有磁性,但能与钴等磁性金属相互作用。该团队通过改变钴原子和氧化锌分子的比例,来调整这种新材料的磁场强度。最终,他们找到了最佳比例:约12%的钴含量——钴低于6%时磁体会弱到无法发挥功用,超过15%时磁体又会变得不稳定。

  姚杰认为,来自氧化锌的游离电子有助于使钴原子保持稳定。他表示:“我们目前的假设是这些电子起到了像信使一样的作用,使钴原子能够相互‘交谈’。”

  爱尔兰都柏林圣三一大学的计算物理学家斯特凡诺·圣维托(Stefano Sanvito,并未参与这项研究)表示,这种磁体有用与否将取决于它和其他二维材料之间的相互作用——如果能把不同单原子薄膜“像纸牌”那样叠起来,工程师就能量身定做下一代自旋电子元件,从而实现从数据加密到量子计算等一系列方面的应用,“这将非常有意思。”

  本文转自环球科学

版权声明:社科兔 发表于 2021年12月5日 下午6:33。
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