כאשר חוקרים מקרינים שכבה דקה של ניקל יודיד בדופק לייזר מהיר במיוחד, מתעוררות תכונות בצורת חולץ פקקים הנקראות "תנודות מגנטו-אלקטריות כיראליות". תכונות אלו יכולות להיות שימושיות עבור מגוון יישומים, כולל זיכרונות מחשב מהירים וקומפקטיים. קרדיט: סטודיו אלה מארו
חוקרים גילו שניקל יודיד מציג צימוד מגנו-אלקטרי יוצא דופן, מה שהופך אותו למתאים מאוד לשימוש בטכנולוגיות מהירות וחסכוניות באנרגיה כגון זיכרונות מגנטיים ו מחשוב קוונטי.
החומר הרב-פרוזי השכבתי ניקל יודיד עשוי להיות המועמד הטוב ביותר עבור התקנים כגון זיכרון מחשב מגנטי שהם מהירים וקומפקטיים במיוחד.
Multiferroics וניקל יודיד
במשך עשרות שנים, מדענים חוקרים קבוצה של חומרים יוצאי דופן הנקראים מולטיפרואיקה שיכולים להיות שימושיים עבור מגוון יישומים כולל זיכרון מחשב, חיישנים כימיים ומחשבים קוונטיים. במחקר שפורסם ב טֶבַעחוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין וממכון מקס פלנק למבנה ודינמיקה של חומר (MPSD) הוכיחו כי החומר הרב-פרוני השכבתי ניקל יודיד (NiI2) עשוי להיות המועמד הטוב ביותר עד כה עבור מכשירים מהירים וקומפקטיים במיוחד.
למולטי-פרואיק יש תכונה מיוחדת הנקראת צימוד מגנטואלקטרי, כלומר ניתן לתפעל את התכונות המגנטיות של החומר עם שדה חשמלי ולהיפך, תכונות חשמליות עם שדות מגנטיים. החוקרים מצאו את NiI2 בעל צימוד מגנו-אלקטרי גדול יותר מכל חומר מוכר מסוגו, מה שהופך אותו למועמד ראשוני להתקדמות טכנולוגית.
כאשר חוקרים מקרינים שכבה דקה של ניקל יודיד בדופק לייזר מהיר במיוחד, מתעוררות תכונות בצורת חולץ פקקים הנקראות "תנודות מגנו-אלקטריות סליליות כיראליות". תכונות אלו יכולות להיות שימושיות עבור מגוון יישומים, כולל זיכרונות מחשב מהירים וקומפקטיים. קרדיט: סטודיו אלה מארו
פריצת דרך בצימוד מגנו-אלקטרי
"חשיפת ההשפעות הללו בקנה מידה של פתיתי ניקל יודיד אטומיים הייתה אתגר אדיר", אמר פרנק גאו, עמית פוסט-דוקטורט בפיזיקה ב-UT ומחבר מוביל של המאמר, "אבל ההצלחה שלנו מציגה התקדמות משמעותית בתחום. של מולטיפרואיקה."
"התגלית שלנו סוללת את הדרך להתקנים מגנו-אלקטריים מהירים במיוחד וחסכוניים באנרגיה, כולל זיכרונות מגנטיים", הוסיפה סטודנטית לתואר שני Xinyue Peng, מחברת שותפה נוספת של הפרויקט.
מאפיינים בסיסיים ומתודולוגיות מחקר
שדות חשמליים ומגנטיים הם יסוד להבנתנו את העולם ולטכנולוגיות מודרניות. בתוך חומר, מטענים חשמליים ומומנטים מגנטיים אטומיים עשויים לסדר את עצמם בצורה כזו שהתכונות שלהם יצטברו, ויצרו קיטוב חשמלי או מגנטיזציה. חומרים כאלה ידועים כפרו-אלקטריקים או פרומגנטים, תלוי איזו מהכמויות הללו נמצאת במצב מסודר.
עם זאת, בחומרים האקזוטיים שהם מולטי-פרואיקים, סדרים חשמליים ומגנטיים כאלה מתקיימים במקביל. ניתן להסתבך את הסדרים המגנטיים והחשמליים כך ששינוי באחד גורם לשינוי בשני. תכונה זו, המכונה צימוד מגנו-אלקטרי, הופכת את החומרים הללו למועמדים אטרקטיביים עבור מכשירים מהירים, קטנים ויעילים יותר. כדי שמכשירים כאלה יעבדו ביעילות, חשוב למצוא חומרים עם צימוד מגנו-אלקטרי חזק במיוחד, כפי שצוות המחקר מתאר לעשות עם NiI2 בחדר העבודה שלהם.
החוקרים השיגו זאת על ידי ריגוש החומר בפולסי לייזר קצרים במיוחד בטווח הפמטו-שניות (מיליונית מיליארדית השנייה) ולאחר מכן מעקב אחר השינויים שנוצרו בסידורים החשמליים והמגנטיים של החומר ובצימוד המגנטו-אלקטרי באמצעות השפעתם על תכונות אופטיות ספציפיות.
יישומים פוטנציאליים ומחקר עתידי
כדי להבין מדוע הצימוד המגנו-אלקטרי כל כך חזק ב-NiI2 מאשר בחומרים דומים, הצוות ביצע חישובים נרחבים.
"שני גורמים ממלאים תפקידים חשובים כאן", אמר מחבר שותף אמיל ויניאס בוסטרום מה-MPSD. "אחד מהם הוא הצימוד החזק בין הספין של האלקטרונים לתנועת המסלול על אטומי היוד – זה אפקט יחסי המכונה צימוד ספין-מסלול. הגורם השני הוא הצורה המסוימת של הסדר המגנטי ביודיד ניקל, המכונה ספירלת ספין או סליל ספין. הזמנה זו היא חיונית הן כדי ליזום את הסדר הפרו-אלקטרי והן עבור חוזק הצימוד המגנו-אלקטרי."
חומרים כמו NiI2 עם צימוד מגנו-אלקטרי גדול יש מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים, על פי החוקרים. אלה כוללים זיכרון מחשב מגנטי שהוא קומפקטי, חסכוני באנרגיה וניתן לאחסן ולשלוף הרבה יותר מהר מהזיכרון הקיים; חיבורים בפלטפורמות מחשוב קוונטי; וחיישנים כימיים שיכולים להבטיח בקרת איכות ובטיחות תרופות בתעשיות הכימיות והתרופות.
החוקרים מקווים שניתן להשתמש בתובנות פורצות הדרך הללו כדי לזהות חומרים אחרים בעלי תכונות מגנו-אלקטריות דומות וכי טכניקות אחרות של הנדסת חומרים עשויות להוביל לשיפור נוסף של הצימוד המגנו-אלקטרי ב-NiI.2.
עבודה זו נוצרה ובפיקוח על ידי אדוארדו באלדיני, עוזר פרופסור לפיזיקה ב-UT, ואנג'ל רוביו, מנהל MPSD.
מחברי ה-UT האחרים של העיתון הם Dong Seob Kim ו- Xiaoqin Li. מחברים נוספים של MPSD הם Xinle Cheng ו-Peizhe Tang. מחברים נוספים הם Ravish K. Jain, Deepak Vishnu, Kalaivanan Raju, Raman Sankar ו-Shang-Fan Lee of Academia Sinica; Michael A. Sentef מאוניברסיטת ברמן; וטאקאשי קורומאג'י מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה.
המימון למחקר זה ניתן על ידי קרן רוברט א. וולש, הקרן הלאומית למדע של ארה"ב, משרד חיל האוויר האמריקאי למחקר מדעי, תוכנית המחקר והחדשנות Horizon Europe של האיחוד האירופי, אשכול המצוינות "CUI: Advanced Imaging of Matter ", Grupos Consolidados, מרכז העיר מקס פלאנק-ניו יורק לתופעות קוונטיות שאינן שיווי משקל, קרן סימונס ומשרד המדע והטכנולוגיה בטייוואן.
