Tangkap aksi elektron dalam kawat nano antiferromagnetik untuk penyimpanan data kepadatan ultra

Diagram penampang kawat nano menunjukkan interaksi antar atom dalam inti kawat nano. Atom kuning: germanium; Atom merah: kromium; Atom ungu di sekitar bagian luar sambungan kuning-merah: cangkang silikon. Kredit: Ranjit Pati / Michigan Tech

Elektron adalah salah satu partikel alam yang paling mendasar seperti yang kita baca di sekolah. Perilakunya didasarkan pada cara baru menyimpan data digital.

Diterbitkan dalam sebuah penelitian Huruf Nano, Fisikawan dari Michigan Technological University menemukan bahan alternatif untuk meningkatkan kemampuan dan mengecilkan ukuran teknologi penyimpanan data digital. Ranjit Pati, seorang profesor fisika di Michigan Tech, memimpin penelitian dan menjelaskan fisika di balik desain kawat nano baru timnya.

“Berkat properti yang disebut spin, elektron berperilaku seperti magnet kecil,” kata Pati. “Mirip dengan bagaimana magnetisasi magnet dari batang didepolarisasi, menunjuk dari selatan ke utara, elektron suatu elemen memiliki vektor momen binomial magnet yang menggambarkan magnetisasi elemen.”

Jika vektor ini acak, materialnya bersifat magnetis. Ketika mereka sejajar satu sama lain, itu disebut ferromagnetism dan antiparable alignments disebut antiferomagnetism. Teknologi penyimpanan data saat ini didasarkan pada bahan feromagnetik, di mana data disimpan dalam domain feromagnetik kecil. Inilah sebabnya mengapa magnet yang kuat dapat mengganggu ponsel atau tempat penyimpanan elektronik lainnya.

Tantangan penyimpanan data

Bergantung pada arah magnetisasi (menunjuk ke atas atau ke bawah), data dicatat sebagai bit dalam domain feromagnetik (baik 1 atau 0). Namun, ada dua penghalang dan keduanya mendekat, pertama dekatkan magnet luar dan medan magnetnya dapat mengubah arah momen magnet dalam domain dan merusak perangkat penyimpanan. Dan kedua, setiap domain memiliki medan magnetnya masing-masing, sehingga tidak bisa terlalu dekat satu sama lain. Tantangan dengan elektronik yang lebih kecil, lebih fleksibel, dan lebih serbaguna adalah mereka menuntut perangkat yang mempersulit pemisahan domain feromagnetik dengan aman.

“Mengemas data ultra-density akan menjadi tugas yang sulit, termasuk domain memori feromagnetik,” kata sang suami. “Bahan antiferromagnetik, di sisi lain, bebas dari masalah ini.”

Bahan antiferromagnetiknya sendiri tidak bagus untuk perangkat elektronik tetapi tidak terpengaruh oleh medan magnet eksternal. Kemampuan untuk menahan fluktuasi magnet ini mendapatkan lebih banyak perhatian dari komunitas riset, dan tim menggunakan teori multi-benda kuantum yang mempertimbangkan interaksi elektron-elektron. Tim menemukan bahwa kawat nano yang didoping krom bisa menjadi inti germanium dan cangkang silikon bisa menjadi semikonduktor antiferromagnetik.

Antiferromagnetism

Beberapa tim peneliti baru-baru ini menunjukkan perbedaan keadaan magnetis bahan antiferromagnetik menggunakan arus elektronik dan laser. Mereka telah mengamati dinamika putaran pada frekuensi tehertz – jauh lebih cepat daripada frekuensi yang digunakan di perangkat penyimpanan data kami saat ini. Pengamatan ini telah membuka banyak minat penelitian dalam antiferromagnetisme dan dapat mengarah pada pengumpulan data yang lebih cepat dan berdaya tinggi.

“Dalam pekerjaan kami baru-baru ini, kami telah mampu dengan mulus mengatur sifat menarik antiferromagnet dalam kawat nano semikonduktor (CMOS) yang kompatibel dengan oksida logam berdimensi rendah tanpa merusak properti semikonduktor kawat nano,” kata Pati. “Ini membuka kemungkinan elektronik kecil dan cerdas, termasuk penyimpanan dan manipulasi data berkapasitas tinggi.”

Pati menambahkan bahwa bagian paling menarik dari studi untuk timnya adalah mengungkap mekanisme yang menentukan antiferromagnetisme. Proses ini disebut superexchange dan mengatur spin dan antiparable alignment elektron yang menjadikannya antiferromagnetik. Dalam kawat nano grup, elektron germanium bertindak sebagai penukar, perantara sapi dalam atom kromium yang terhubung.

“Keadaan magnet atom kromium dimediasi oleh interaksi antara atom di mana mereka terlibat. Ini adalah fenomena magnet kovalen,” kata sang suami. “Tapi A memiliki CC dan B punya teman. DC dan D punya teman. teman dekat. Jadi, A dan B bisa berkomunikasi secara tidak langsung melalui B dan D. “

Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana elektron berinteraksi dengan teman nuklir memungkinkan eksperimen lebih lanjut untuk menguji kelayakan bahan seperti kawat nano yang didoping kromium. Sifat antiferromagnetik dari bahan kawat nano silikon-germanium lebih dipahami yang meningkatkan potensi elektronik kecil, cerdas, dan daya tinggi.

Referensi: “CR-Doped G-Core / C-Shell Nanoware: Antiferromagnetic Semiconductor” Sandeep Arial, Durga Paidal dan Ranjit Pati, 12 Februari 2021, Huruf Nano.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c04971

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.