Магнитный бутерброд может сделать электронику мощнее и энергоэффективнее

Учёные ищут способы сделать компьютеры мощнее и экономичнее. В этой связи было бы здорово найти материал, который проводит электроны почти без сопротивления при нормальной температуре.

Исследователи предложили слоистую «сэндвич»-структуру с квантовым аномальным эффектом Холла (QAH). В этом эффекте электроны со спинами в одном направлении могут перемещаться вдоль краёв материала практически без сопротивления.

Мощные компьютеры приносят много пользы, но они энергозатратны.

Сэндвич-структура, рассматриваемая в исследовании, открывает новые возможности для устройств, использующих спин электрона. Они будут быстрее и мощнее, а энергии потреблять меньше.

Это исследование помогает понять взаимодействие атомов в слоистых материалах. Полученные знания позволят продвигать материалы с нулевым сопротивлением к более высоким температурам.

Исследователи изучали теллурид висмута (Bi₂Te₃), который является топологическим изолятором. Это означает, что материал изолирует электричество внутри себя, но проводит ток на поверхности.

Чтобы превратить топологический изолятор в QAH-изолятор, нужно навести в материале магнитный порядок. Добавление магнитных примесей может привести к магнитному беспорядку и снизить температуру, при которой можно наблюдать QAH-эффект.

Лучше использовать сэндвич-структуру: разместить слои ферромагнитного материала по обе стороны от слоёв топологического изолятора Bi₂Te₃. В качестве такого материала можно использовать теллурид марганца-висмута (MnBi₂Te₄).

Исследователи синтезировали сэндвич-структуру на установке Advanced Light Source, которая принадлежит Управлению по науке Министерства энергетики (DOE). Они использовали молекулярно-лучевую эпитаксию: атомные слои аккуратно создавались из различных материалов.

Затем образцы перенесли в экспериментальную камеру для изучения электронного поведения системы с помощью ультрафиолетового света. Исследуя электроны, которые испускаются с поверхности в ответ на падающий свет, учёные обнаружили особенности, соответствующие предсказанному эффекту QAH. Это указывает на то, что квантовый сэндвич материалов может поддерживать эффект QAH при повышенных температурах.

29.09.2024