02 april 2023 (Nanowerk Nieuws) Micro-elektronica vormt tegenwoordig de basis van veel moderne technologie, waaronder smartphones, laptops en zelfs supercomputers. Het is gebaseerd op het vermogen om de stroom van elektronen door een materiaal toe te laten en te stoppen. Spin-elektronica, of spintronica, is een spin-off. Het is gebaseerd op de spin van elektronen en het feit dat de elektronenspin samen met de elektrische lading een magnetisch veld creëert. "Deze eigenschap zou kunnen worden benut voor bouwstenen in toekomstige computergeheugenopslag, hersenachtige en andere nieuwe computersystemen en zeer efficiënte micro-elektronica", zegt Charudatta Phatak, groepsleider in de afdeling Materials Science van het Amerikaanse Department of Energy (DOE). ) Argonne Nationaal Laboratorium. Een team met onder meer onderzoekers van Argonne en het National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) ontdekte verrassende eigenschappen in een magnetisch materiaal van ijzer, germanium en tellurium. Dit materiaal heeft de vorm van een dun vel dat slechts enkele tot 10 atomen dik is. Het wordt een 2D-ferromagneet genoemd. Het team ontdekte dat in dit ultradunne materiaal twee soorten magnetische velden naast elkaar kunnen bestaan. Wetenschappers noemen ze merons en skyrmions. Ze zijn als miniatuur wervelende stormsystemen die het vlakke landschap van de ferromagneet bedekken. Maar ze verschillen in grootte en wervelgedrag.
Simulatie van de verschillende wervelende texturen van skyrmionen en merons waargenomen in dunne film met ferromagneet. (Afbeelding door de Universiteit van Edinburgh/gebaseerd op microscopiebeelden verzameld door Argonne op monsters die bij MagLab zijn bereid) Skyrmionen zijn ongeveer 15 jaar bekend en bestudeerd en zijn ongeveer 100 nanometer groot – ongeveer hetzelfde als een enkel virusmolecuul – en hun magnetische velden stromen in ingewikkelde patronen, die lijken op die van de strengen van een knoop in een touw. Pas onlangs ontdekt, meronen zijn ongeveer even groot en hebben magnetische velden die rondwervelen als draaikolken. "Zowel skyrmions als merons zijn erg stabiel omdat ze, net als stevige knopen, moeilijk te ontwarren zijn", zegt Luis Balicas, die een gezamenlijke aanstelling heeft bij MagLab en Florida State University. "Deze stabiliteit samen met hun magnetische eigenschappen maakt ze aantrekkelijk als informatiedragers." Het team is de eerste die beide magnetische texturen in een dunne film tegelijkertijd waarneemt bij lage temperaturen, van min 280 tot min 155 graden Fahrenheit. Ook bleven merons aanwezig tot kamertemperatuur, een belangrijke overweging om ze in praktische apparaten te benutten. In het verleden werden ze alleen waargenomen bij veel lagere temperaturen in verschillende materialen. Het team toonde ook aan dat skyrmions en merons detecteerbaar zijn aan de hand van hun effect op een aangelegde stroom, door de spanning te meten. Deze functie betekent dat ze kunnen worden aangepast aan de binaire code die in alle digitale computers wordt gebruikt. Deze code bestaat uit combinaties van 1 en 0. In een spintronisch apparaat zou een 1 worden aangegeven door een elektrisch signaal dat een skyrmion of meron detecteert. De afwezigheid van een elektrisch signaal zou dan een 0 opleveren. Het detecteren en karakteriseren van de verschillende magnetische texturen in een film van minder dan tien atomen dik vereiste een speciaal wetenschappelijk hulpmiddel. Argonne-natuurkundige Yue Li leidde die uitdagende taak met behulp van een instrument dat een Lorentz-transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) wordt genoemd. Deze microscoop bevat aberratiecorrectietechnologie om de resolutie te verbeteren. Deze TEM kan de magnetisatie van materialen op nanoschaal visualiseren onder verschillende magnetische velden over een breed temperatuurbereik, een unieke mogelijkheid die beschikbaar is bij Argonne. Het bereik strekt zich uit van minus 280 Fahrenheit tot kamertemperatuur. Het team voerde aanvullende magnetische en andere beeldvorming uit in Argonne's Center for Nanoscale Materials, een DOE Office of Science-gebruikersfaciliteit. "Er is veel meer fundamenteel onderzoek nodig om het gedrag van skyrmionen en merons onder verschillende omstandigheden volledig te begrijpen, en hoe ze kunnen worden gebruikt bij het coderen van informatie," zei Balicas. “Er zijn veel schijnbaar sciencefictionschema's. We kunnen de toekomst niet voorspellen, maar het lijkt waarschijnlijk dat een of meer tot bloei zullen komen.” Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen (“Coëxistentie van Meronen met Skyrmionen in de Centrosymmetrische Van Der Waals Ferromagnet Fe5-xGeTe2").
Simulatie van de verschillende wervelende texturen van skyrmionen en merons waargenomen in dunne film met ferromagneet. (Afbeelding door de Universiteit van Edinburgh/gebaseerd op microscopiebeelden verzameld door Argonne op monsters die bij MagLab zijn bereid) Skyrmionen zijn ongeveer 15 jaar bekend en bestudeerd en zijn ongeveer 100 nanometer groot – ongeveer hetzelfde als een enkel virusmolecuul – en hun magnetische velden stromen in ingewikkelde patronen, die lijken op die van de strengen van een knoop in een touw. Pas onlangs ontdekt, meronen zijn ongeveer even groot en hebben magnetische velden die rondwervelen als draaikolken. "Zowel skyrmions als merons zijn erg stabiel omdat ze, net als stevige knopen, moeilijk te ontwarren zijn", zegt Luis Balicas, die een gezamenlijke aanstelling heeft bij MagLab en Florida State University. "Deze stabiliteit samen met hun magnetische eigenschappen maakt ze aantrekkelijk als informatiedragers." Het team is de eerste die beide magnetische texturen in een dunne film tegelijkertijd waarneemt bij lage temperaturen, van min 280 tot min 155 graden Fahrenheit. Ook bleven merons aanwezig tot kamertemperatuur, een belangrijke overweging om ze in praktische apparaten te benutten. In het verleden werden ze alleen waargenomen bij veel lagere temperaturen in verschillende materialen. Het team toonde ook aan dat skyrmions en merons detecteerbaar zijn aan de hand van hun effect op een aangelegde stroom, door de spanning te meten. Deze functie betekent dat ze kunnen worden aangepast aan de binaire code die in alle digitale computers wordt gebruikt. Deze code bestaat uit combinaties van 1 en 0. In een spintronisch apparaat zou een 1 worden aangegeven door een elektrisch signaal dat een skyrmion of meron detecteert. De afwezigheid van een elektrisch signaal zou dan een 0 opleveren. Het detecteren en karakteriseren van de verschillende magnetische texturen in een film van minder dan tien atomen dik vereiste een speciaal wetenschappelijk hulpmiddel. Argonne-natuurkundige Yue Li leidde die uitdagende taak met behulp van een instrument dat een Lorentz-transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) wordt genoemd. Deze microscoop bevat aberratiecorrectietechnologie om de resolutie te verbeteren. Deze TEM kan de magnetisatie van materialen op nanoschaal visualiseren onder verschillende magnetische velden over een breed temperatuurbereik, een unieke mogelijkheid die beschikbaar is bij Argonne. Het bereik strekt zich uit van minus 280 Fahrenheit tot kamertemperatuur. Het team voerde aanvullende magnetische en andere beeldvorming uit in Argonne's Center for Nanoscale Materials, een DOE Office of Science-gebruikersfaciliteit. "Er is veel meer fundamenteel onderzoek nodig om het gedrag van skyrmionen en merons onder verschillende omstandigheden volledig te begrijpen, en hoe ze kunnen worden gebruikt bij het coderen van informatie," zei Balicas. “Er zijn veel schijnbaar sciencefictionschema's. We kunnen de toekomst niet voorspellen, maar het lijkt waarschijnlijk dat een of meer tot bloei zullen komen.” Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen (“Coëxistentie van Meronen met Skyrmionen in de Centrosymmetrische Van Der Waals Ferromagnet Fe5-xGeTe2").
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62722.php
