Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới đã xác định các thuộc tính trong các vật liệu một ngày nào đó có thể dẫn đến các ứng dụng như các thiết bị lưu trữ dữ liệu mạnh hơn tiếp tục lưu giữ thông tin ngay cả khi thiết bị đã tắt.
Nghiên cứu được tài trợ một phần bởi Quân đội Hoa Kỳ đã xác định các thuộc tính trong các vật liệu mà một ngày nào đó có thể dẫn đến các ứng dụng như thiết bị lưu trữ dữ liệu mạnh hơn tiếp tục lưu giữ thông tin ngay cả khi thiết bị đã tắt.
Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Đại học Cornell và Đại học California Berkeley đã thực hiện một khám phá mở ra rất nhiều hệ thống vật liệu và hiện tượng vật lý hiện có thể khám phá.
Các nhà khoa học đã quan sát những gì được gọi là chirality lần đầu tiên trong các bầu trời địa cực trong một vật liệu nhân tạo được thiết kế và tổng hợp tinh xảo với các đặc tính điện đảo ngược. Chirality là nơi hai vật thể, giống như một đôi găng tay, có thể là hình ảnh phản chiếu của nhau nhưng không thể đặt chồng lên nhau. Skyrmions cực là kết cấu được tạo thành từ các điện tích trái dấu được gọi là lưỡng cực.
Các nhà nghiên cứu đã luôn cho rằng các skyrmion sẽ chỉ xuất hiện trong các vật liệu từ tính, trong đó các tương tác đặc biệt giữa các spin từ tính của các electron tích điện ổn định các mô hình xoắn của các skyrmion. Khi nhóm nghiên cứu phát hiện skyrmions trong một vật liệu điện, họ đã rất kinh ngạc, họ nói.
Sự kết hợp giữa skyrmions cực và các tính chất điện này có thể cho phép phát triển các thiết bị mới được Quân đội quan tâm, đặc biệt là sử dụng chirality như một tham số có thể được thao tác.
Tiến sĩ Ramamoorthy Ramesh, nhà điều tra chính của dự án này cho biết: “Bây giờ chúng tôi biết rằng skyrmions cực / điện là chirus, chúng tôi muốn xem liệu chúng tôi có thể điều khiển bằng điện hay không”. “Nếu tôi áp dụng một điện trường, tôi có thể biến từng cái như một cửa quay không? Tôi có thể di chuyển từng cái một, như một người kiểm tra trên một bàn cờ không? Nếu chúng ta có thể di chuyển chúng, viết chúng và xóa chúng để lấy dữ liệu lưu trữ, thì đó sẽ là một công nghệ mới tuyệt vời. “
Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature .
Tiến sĩ Pani (Chakrapani) Varanasi nói: “Phát hiện đột phá này có thể được sử dụng trong tương lai để phát triển các cấu trúc thiết bị có thể được sử dụng để cải thiện logic / bộ nhớ, cảm biến, thông tin liên lạc và các ứng dụng khác cho Quân đội cũng như ngành công nghiệp”. , Trưởng phòng Khoa học Vật liệu của Văn phòng Nghiên cứu Quân đội, một thành phần của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ Tư lệnh Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ.
Khi nhóm bắt đầu nghiên cứu vào năm 2016, họ đã bắt đầu tìm cách kiểm soát cách nhiệt di chuyển qua các vật liệu. Họ đã chế tạo một cấu trúc tinh thể đặc biệt gọi là siêu mạng từ các lớp titanate chì xen kẽ (một vật liệu phân cực điện, theo đó một đầu được tích điện dương và đầu đối diện được tích điện âm) và strontium titanate (chất cách điện hoặc vật liệu không dẫn điện dòng điện).
Nhóm nghiên cứu bắt đầu khám phá sự tổng hợp của các oxit được thiết kế và cấu trúc nhân tạo, với mục tiêu khám phá các hiện tượng mới nổi. Hiện tượng nổi lên có sức lan tỏa trong tự nhiên – cá bơi trong trường học, chim bay theo đội hình, sự xuất hiện của đám đông và đám đông là những ví dụ về cách tương tác của các vật thể rời rạc (cá, chim, người) có thể dẫn đến hành vi tập thể bất ngờ. Vật liệu cũng có thể thể hiện hành vi nổi lên như vậy, đặc biệt là khi được đặt dưới những ràng buộc.
Khi các nhà khoa học thực hiện các phép đo bằng kính hiển vi điện tử quét của siêu vật liệu titanate / strontium titanate được chế tạo nhân tạo, họ đã thấy một thứ kỳ lạ không liên quan gì đến nhiệt: Các dạng giống như bong bóng đã cắt xén tất cả các vật liệu. Chì titanate là một vật liệu sắt điện nổi tiếng, trong khi strontium titanate, hợp chất chị em của nó không phải là sắt điện ở nhiệt độ phòng. Điện môi là vật liệu có sự phân cực điện tự phát có thể đảo ngược bằng cách sử dụng điện trường ngoài.
Những bong bóng đó, hóa ra, là bầu trời cực.
Trong khi sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua quét tinh vi tại xưởng đúc phân tử của Phòng thí nghiệm Berkeley và tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu Cornell, David Muller của Đại học Cornell đã chụp những bức ảnh nguyên tử về độ chói của bầu trời ở nhiệt độ phòng trong thời gian thực. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các lực được đặt trên lớp titanate chì cực bởi lớp titan strontium không phân cực tạo ra các bong bóng skyrmion cực trong titanate chì.
“Vật liệu giống như con người”, Ramesh nói. “Khi mọi người bị căng thẳng, họ phản ứng theo những cách không thể đoán trước. Và đó là những gì vật liệu cũng làm: Trong trường hợp này, bởi titanate chì xung quanh bởi titanat strontium, titanate chì bắt đầu phát điên – và một cách mà nó phát điên là tạo ra cực kết cấu như skyrmions thay vì bị phân cực đồng đều. “
“Công trình này đã cho phép phát hiện ra một hiện tượng mới về cơ bản trong các siêu mạng oxit”, ông Schlom nói. “Bây giờ chúng ta có một khuôn mẫu dựa trên epit Wax để tạo ra nhiều vũ trụ khoa học khác. Ví dụ, chúng ta có thể bắt đầu xem xét khớp nối spin-spin trong các siêu mạng như vậy; công việc này đã được tiến hành.”
Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch nghiên cứu các tác động của việc áp dụng một điện trường lên bầu trời cực.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Pennsylvania và Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge cũng đóng góp cho nghiên cứu.
Ngoài ra, Văn phòng Khoa học Năng lượng đã hỗ trợ nghiên cứu này với nguồn tài trợ bổ sung do Sáng kiến EPiQS của Quỹ Gordon và Betty Moore, Quỹ Khoa học Quốc gia, Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Luxembourg, Bộ Kinh tế và Năng lực cạnh tranh Tây Ban Nha.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Phòng thí nghiệm nghiên cứu quân đội Hoa Kỳcung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :