الجمع بين Twisttronics وSpintronics للإلكترونيات المتقدمة

يقوم باحثو بوردو كوانتوم بلف طبقات ثنائية مزدوجة من مغناطيس مضاد لإثبات مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط.

Twisttronics ليست حركة رقص جديدة أو معدات تمرين أو جنون موسيقى جديد. لا، إنه أكثر برودة بكثير من أي شيء آخر. يعد هذا تطورًا جديدًا ومثيرًا في فيزياء الكم وعلوم المواد، حيث يتم تكديس مواد فان دير فالس واحدة فوق الأخرى، مثل أوراق من الورق يمكن لفها وتدويرها بسهولة وهي مستلقية، وهو ما استخدمه فيزيائيو الكم. طبقات لاكتشاف الظواهر الكمومية المثيرة للاهتمام.

إذا أضفنا مفهوم الدوران الكمي إلى الطبقة المزدوجة الملتوية للمغناطيس المضاد، فيمكن أن نحصل على مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط. ويشير هذا إلى وجود نوع جديد من المنصات المادية للمرحلة التالية من الإلكترونيات التويستية: الإلكترونيات السبينية. سيؤدي هذا العلم الجديد إلى أجهزة واعدة للذاكرة ومنطق السبين، مما يفتح عالم الفيزياء أمام طريق جديد مع تطبيقات الإلكترونيات السبينية.

من خلال تحريف مغناطيسية فان دير فالس، يمكن أن تظهر حالات مغناطيسية غير خطية مع قابلية ضبط كهربائية كبيرة. ائتمان: ريان ألين، استوديوهات الخليج الثاني

استخدمت مجموعة من الباحثين في فيزياء الكم والمواد في جامعة بوردو CrI لإدخال الالتواء للتحكم في درجات الحرية المغزلية.₃، وهي مادة فان دير فال (vdW) المقترنة بالطبقة البينية المضادة للمغناطيسية، كوسيط لها. لقد نشروا النتائج التي توصلوا إليها بعنوان “مغناطيسية التموج القابلة للضبط كهربائيًا في الطبقات الثنائية الملتوية لثلاثي أكسيد الكروم”. الالكترونيات الطبيعية.

“في هذه الدراسة، قمنا بتطوير طبقة مزدوجة ملتوية من CRI₃“، أي طبقتين بالإضافة إلى طبقة ثنائية، مع زاوية ملتوية بينهما،” كما يقول الدكتور جوانجوي تشينج، المؤلف الرئيسي المشارك للنشر. “لقد أبلغنا عن مغناطيسية تموج في النسيج مع حالات مغناطيسية غنية وقابلية ضبط ملحوظة من خلال التعديل الكهربائي.”

تمت دراسة بنية شبكة Moiré الفائقة للطبقة المزدوجة الملتوية (tDB) CrI3 وسلوكياتها المغناطيسية بواسطة تأثير Kerr المغناطيسي البصري (MOKE). يُظهر القسم أعلاه مخططًا تخطيطيًا لشبكة تموج في النسيج الفائقة ملفقة عن طريق التواء الطبقات البينية. اللوحة السفلية: تظهر حالة مغناطيسية غير خطية. في الجزء ب أعلاه، تُظهر نتائج MOKE التعايش بين أوامر المغناطيسية الحديدية المضادة (AFM) والأوامر المغناطيسية الحديدية (FM) في “مغناطيس تموج في النسيج” tDB CrI3. الائتمان: غوانغهوي تشينغ ويونغ ب. وصف تشن وآخرون

يقول تشين: “لقد وضعنا طبقات من المغناطيس الحديدي المضاد ولفناه، وحصلنا على مغناطيس حديدي مضاد”. “هذا مثال رائع على المغناطيسية “الملتوية” أو المموجة التي تم اكتشافها مؤخرًا في المواد الملتوية ثنائية الأبعاد، حيث توفر زاوية الالتواء بين الطبقتين مقبض ضبط قويًا وتغير خاصية المادة بشكل كبير.”

“لتشكيل طبقة مزدوجة ملتوية من CrI₃نقوم بتمزيق قطعة من طبقتين من CrI₃“، باستخدام ما يسمى بتقنية التمزق والكومة، قم بتدويرها وتكديسها على الجانب الآخر،” يشرح تشنغ. “من خلال قياس تأثير كير المغناطيسي البصري (MOKE)، أداة حساسة لفحص السلوك المغناطيسي وصولاً إلى في عدد قليل من الطبقات الذرية، اكتشفنا السمة المميزة لمغناطيسية تموج في النسيج، ولاحظنا التعايش بين النظامين المغناطيسي الحديدي والمغناطيسي المضاد، وأثبتنا أن المجلد. – التبديل المغناطيسي المساعد. تعد مغناطيسية تموج النسيج هذه شكلاً جديدًا من أشكال المغناطيسية التي تتكون من حالات مغناطيسية حديدية ومغناطيسية مضادة متباينة مكانيًا والتي تتناوب بشكل دوري وفقًا لشبكة تموج في النسيج الفائقة.

ركزت Twisttronics حتى الآن بشكل أساسي على تعديل الخصائص الإلكترونية للطبقات الثنائية الملتوية. الجرافين. أراد فريق بوردو تقديم درجات حرية الدوران الملتوي واختار استخدام CrI.₃، مادة vdW مقترنة بطبقة مضادة للمغناطيسية. أصبح تأثير الالتواء الذاتي للمغناطيسات الحديدية المضادة المكدسة ممكنًا من خلال تصنيع عينات بزوايا ملتوية مختلفة. بمعنى آخر، بمجرد تصنيعه، يتم تثبيت زاوية الالتواء لكل جهاز، ثم يتم إجراء قياسات MOKE.

تم إجراء الحسابات النظرية لهذه التجربة بواسطة Upadhyaya وفريقه. وقد وفر هذا دعمًا قويًا لملاحظات مجموعة تشين.

يقول أوبادهايا: “كشفت حساباتنا النظرية عن مخطط طوري غني بأطوار غير خطية من TA-1DW، TA-2DW، TS-2DW، TS-4DW”.

يندرج هذا البحث في إطار بحث مستمر يجريه فريق تشين. يتبع هذا العمل العديد من المنشورات الحديثة ذات الصلة التي أصدرها الفريق فيما يتعلق بالفيزياء الجديدة وخصائص “المغناطيس ثنائي الأبعاد”.ظهور المغناطيسية الحديدية البينية القابلة للضبط في المجال الكهربائي في الهياكل المتغايرة المغناطيسية ثنائية الأبعاد“، والذي تم نشره مؤخرًا التواصل الطبيعي. يتمتع هذا الطريق البحثي بإمكانيات مثيرة في مجال الإلكترونيات الدورانية والإلكترونيات الدورانية.

يقول تشين: “يشير المغناطيس المموج الذي تم تحديده إلى نوع جديد من منصة المواد للإلكترونيات السبينية والإلكترونيات المغناطيسية”. “يؤدي التبديل المغناطيسي بمساعدة الجهد المستهدف والتأثير الكهرومغناطيسي إلى ذاكرة واعدة وأجهزة منطق الدوران. كدرجة جديدة من الحرية، يمكن تطبيق الالتواء على نطاق واسع من الطبقات الثنائية المتجانسة/المغايرة لمغناطيس vdW، مما يفتح إمكانية متابعة فيزيائية و التطبيقات الإلكترونية السبينية.”

المرجع: “تموج في النسيج قابل للضبط كهربائيًا في طبقات مزدوجة ملتوية من ثلاثي يوديد الكروم” بقلم Guanghui Cheng، محمد مشفيق الرحمن، Andres Laxahuanga Alka، Avinash Rustaki، Qingdao Liu، Lina Liu، Li Fu، Jianghu، Shikinika، Wanghui، Jiangji، Wanghui، Guanghui Cheng “. المغناطيسية “، برامي أوبادهيايا ويونغ ب. تشين، 19 يونيو 2023، الالكترونيات الطبيعية.
دوى: 10.1038/s41928-023-00978-0

تضم المجموعة، ومعظمها من بوردو، مؤلفين رئيسيين مساهمين بالتساوي: الدكتور جوانجوي تشينج ومحمد مشفيق الرحمن. الدكتور يونغ بي تشينغ في جامعة بوردو. كان تشين زميلًا لما بعد الدكتوراه في المجموعة، وهو حاليًا أستاذ مساعد في المعهد المتقدم لأبحاث المواد (AIMR) في جامعة توهوكو، حيث يعمل تشينغ كباحث رئيسي. محمد مشفيق الرحمن هو مرشح لدرجة الدكتوراه في مجموعة الدكتور برامي أوبدهياي. تشين وأبادهياي كلاهما مؤلفان لهذا المنشور وأستاذان في جامعة بوردو. تشين هو أستاذ كارل لارك هورويتز للفيزياء وعلم الفلك، وأستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر، ومدير معهد بوردو للعلوم والهندسة الكمومية. Upadhyaya أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات. ومن بين أعضاء الفريق الآخرين التابعين لجامعة بوردو أندريس لاكساهوانغا ألكا (طالب دكتوراه)، والدكتورة لينا ليو (باحثة ما بعد الدكتوراه)، والدكتور لي فو (باحثة ما بعد الدكتوراه)، من مجموعة تشين، إلى جانب د. أفيناش روستاجي (ما بعد الدكتوراه) مجموعة Upadhyaya والدكتور جينجداو ليو. (مساعد باحث سابق في مركز بيرك لتقنية النانو).

تم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية من خلال مركز علوم الكم (QSC، مركز أبحاث علوم المعلومات الكمي الوطني) وبرنامج المبادرات البحثية الجامعية متعددة التخصصات (MURI) التابع لوزارة الدفاع (FA9550-). 20-1-0322). تلقى تشنغ وتشين دعمًا جزئيًا من WPI-AIMR، وJSPS KAKENHI Basic Science A (18H03858)، والعلوم الجديدة (18H04473 و20H04623)، وبرنامج FRiD بجامعة توهوكو.

يقر Upadhyaya أيضًا بالدعم المقدم من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) (ECCS-1810494). مجموع كري₃ تم توفير البلورات من قبل مجموعة Zhiqiang Mao من جامعة ولاية بنسلفانيا بدعم من وزارة الطاقة الأمريكية (DE-SC0019068). تم توفير بلورات hBN السائبة بواسطة كينجي واتانابي وتاكاشي تانيجوتشي من المعهد الوطني لعلوم المواد باليابان، بدعم من JSPS KAKENHI (أرقام المنح 20H00354 و21H05233 و23H02052) والمركز العالمي الأول للأبحاث الدولية (WPI، اليابان MEXT52).