Pagkuha ng mga Elektron sa Paggalaw sa Antiferromagnetic Nanowire para sa Napakataas na Pag-iimbak ng Data ng Density

Ang diagram ng seksyon ng nanowire ay nagpapakita ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga atomo sa nanowire nucleus. Dilaw na mga atomo: germanium; pulang mga atomo: chromium; Mga lilang atom sa labas ng dilaw-pula na mga junction: shell ng silikon. Kredito: Ranjit Pati / Michigan Tech

Ang electron ay isa sa mga pangunahing particle na likas na pinag-aaralan natin sa paaralan. Ang pag-uugali nito ay nagsasama ng mga pahiwatig ng mga bagong paraan upang mag-imbak ng digital na data.

Sa isang nai-publish na pag-aaral Nano SulatAng mga pisiko mula sa Michigan Technological University ay nagsisiyasat ng mga kahaliling materyales upang madagdagan ang kapasidad at mabawasan ang laki ng mga digital na teknolohiya ng imbakan ng data. Si Ranjit Pati, propesor ng pisika sa Michigan Tech, ang namuno sa pag-aaral at ipinaliwanag ang pisika sa likod ng bagong disenyo ng nanowire ng kanyang koponan.

“Salamat sa isang pag-aari na tinawag na spin, ang mga electron ay kumikilos tulad ng maliliit na magnet,” sabi ni Pati. “Katulad ng pang-magnet sa isang bar magnet na dipole mula timog hanggang hilaga, ang mga electron sa isang materyal ay may mga magnetic dipole moment vector na naglalarawan sa magnetisasyon ng materyal.”

Kapag ang mga vector na ito ay nasa random orientation, ang materyal ay hindi magnetiko. Kapag ang mga ito ay kahanay sa bawat isa tinawag itong ferromagnetism at ang mga antiparallel alignment ay antiferromagnetism. Ang kasalukuyang teknolohiya ng pag-iimbak ng data ay batay sa mga materyal na ferromagnetic kung saan ang data ay nakaimbak sa maliliit na mga patlang na ferromagnetic. Samakatuwid, ang isang malakas na sapat na pang-akit ay maaaring makapinsala sa isang mobile phone o iba pang elektronikong imbakan.

Mga Hamon sa Pag-iimbak ng Data

Nakasalalay sa direksyon ng magnetization (pataas o pababa), ang data ay naitala bilang mga piraso (1 o 0) sa mga patlang na ferromagnetic. Gayunpaman, mayroong dalawang mga bottleneck, at parehong nakasalalay sa kalapitan. Una, ilipat ang isang panlabas na magnet na masyadong malapit at ang magnetic field ay maaaring mapalihis ang mga magnetikong sandali sa patlang at makapinsala sa aparato sa pag-iimbak. Pangalawa, ang bawat isa sa mga patlang ay may sariling magnetic field, kaya’t hindi sila maaaring maging masyadong malapit sa bawat isa. Ang hamon sa mas maliit, mas nababaluktot, mas maraming nalalaman na electronics ay hinihingi nila ang mga aparato na mahirap gawin upang ligtas na paghiwalayin ang mga patlang na ferromagnetic.

“Ang napakataas na density ng data packaging ay magiging isang nakakatakot na gawain sa mga patlang ng memorya ng ferromagnetic,” sabi ni Pati. “Sa kabilang banda, ang mga antiferromagnetic na materyales ay malaya sa mga problemang ito.”

Sa pamamagitan ng kanilang sarili, ang mga antiferromagnetic na materyales ay hindi mahusay para sa mga elektronikong aparato, ngunit hindi sila apektado ng mga panlabas na magnetic field. Ang kakayahang labanan ang pagmamanipula ng magnetiko ay nakakuha ng higit na pansin mula sa pamayanan ng pananaliksik, at ang koponan ni Pati ay gumamit ng isang mahuhulaan na dami ng teoryang maraming katawan na isinasaalang-alang ang mga pakikipag-ugnayan ng electron-electron. Nalaman ng koponan na ang chowium-doped nanowires na may germanium core at silicon shell ay maaaring isang antiferromagnetic semiconductor.

Antiferromagnetism

Maraming mga pangkat ng pagsasaliksik ang nagpakita kamakailan ng pagmamanipula ng mga indibidwal na estado ng magnetik sa mga antiferromagnetic na materyales na gumagamit ng mga de-kuryenteng alon at laser. Naobserbahan nila ang dynamics ng spin sa dalas ng Terahertz – mas mabilis kaysa sa dalas na ginamit sa aming kasalukuyang mga aparato sa pag-iimbak ng data. Ang pagmamasid na ito ay nagbunsod ng maraming interes sa pagsasaliksik sa antiferromagnetism at maaaring humantong sa mas mabilis, mas mataas na kapasidad na pag-iimbak ng data.

“Sa aming pinakabagong pag-aaral, matagumpay naming ginamit ang mga kagiliw-giliw na katangian ng isang antiferromagnet sa isang mababang sukat, pantulong na metal-oxide-compatible semiconductor (CMOS) nanowire nang hindi nakompromiso ang pag-aari ng semiconductor ng nanowire,” sabi ni Pati. “Nagbubukas ito ng mga posibilidad para sa mas mataas na kapasidad na pag-iimbak ng data at pagproseso at mas maliit at mas matalinong electronics.”

Idinagdag ni Pati na ang pinaka-kapanapanabik na bahagi ng pagsasaliksik para sa kanyang koponan ay ang pagtuklas ng mekanismo na tumutukoy sa antiferromagnetism. Ang mekanismo ay tinatawag na super exchange at kinokontrol nito ang pag-ikot ng mga electron at ang antiparallel alignment na gumagawa sa kanila ng antiferromagnetic. Sa nanowire ng koponan, ang mga germanium electron ay kumikilos bilang isang paglipat, isang modifier, sa pagitan ng mga hindi magkakaugnay na atomo ng chromium.

Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga magnetikong estado ng mga atomo ng chromium ay pinapagitna ng mga intermedyang mga atomo kung saan nakakabit ang mga ito. “Ito ay isang kooperatibong magnetikong kababalaghan,” aniya. Sabihin nating sabihin na mayroong dalawang tao, A at B: Napakalayo nila at hindi direktang makipag-usap. Ngunit si A ay may kaibigan C at si B ay may kaibigan na D. Si C at D ay matalik na magkaibigan. Samakatuwid, ang A at B ay maaaring makipag-ugnay nang hindi direkta sa pamamagitan ng C at D. “

Ang isang mas mahusay na pag-unawa sa kung paano nakikipag-usap ang mga electron sa pagitan ng mga kaibigan ng atomic ay nagbibigay-daan sa karagdagang pag-eksperimento upang subukan ang potensyal ng mga materyales tulad ng chromium-doped nanowires. Ang mas mahusay na pag-unawa sa kalikasang antiferromagnetic ng germanyan-silikon na materyal na nanowire ay ang nagdaragdag ng potensyal para sa mas maliit, matalino, mas mataas na kapasidad na electronics.

Sanggunian: “Cr-Doped Ge-Core / Si-Shell Nanowire: Isang Antiferromagnetic Semiconductor”, Sandip Aryal, Durga Paudyal at Ranjit Pati, Pebrero 12, 2021, Nano Sulat.
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

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.