Các nhà nghiên cứu tạo ra các cấu trúc nano ‘quay cuồng’ trong các chất chống sắt từ

Thế giới kỹ thuật số ngày nay tạo ra một lượng lớn dữ liệu mỗi giây. Do đó, cần có chip nhớ có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trong không gian ít hơn, cũng như khả năng đọc và ghi dữ liệu đó nhanh hơn trong khi sử dụng ít năng lượng hơn.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) làm việc với các cộng tác viên từ Đại học Oxford, Nguồn sáng Kim cương (cơ sở khoa học đồng bộ quốc gia của Vương quốc Anh) và Đại học Wisconsin Madison, hiện đã phát triển một vật liệu siêu mỏng với các đặc tính độc đáo cuối cùng có thể đạt được một số mục tiêu này. Kết quả của họ lần đầu tiên được công bố trực tuyến trên tạp chí Nature vào ngày 4 tháng 2 năm 2021.

Lưu trữ dữ liệu trong chất chống sắt từ

Trong các thiết bị nhớ sắt từ hiện có như ổ đĩa cứng, thông tin được lưu trữ thành các mẫu nguyên tử cụ thể (gọi là bit), trong đó tất cả các cực từ nhỏ đều được định hướng theo cùng một hướng. Sự sắp xếp này làm cho chúng trở nên chậm chạp và dễ bị hư hỏng bởi từ trường lạc. Ngược lại, một loại vật liệu đặc biệt được gọi là phản sắt từ, được tạo thành với các cực từ trên các nguyên tử liền kề được sắp xếp đối nghịch nhau, đang nổi lên rất quan trọng đối với công nghệ bộ nhớ trong tương lai.

Đặc biệt, người ta quan tâm nhiều đến việc tạo ra các mô hình nano từ tính đặc biệt trong các chất chống sắt từ có hình dạng như những vòng xoáy hoặc xoáy. Về bản chất, mỗi mẫu bao gồm nhiều cực từ nhỏ quấn quanh vùng lõi trung tâm theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ, rất giống không khí lưu thông bên trong một cơn lốc xoáy hoặc gió xoáy. Khi được nhận ra bằng thực nghiệm, sự kết hợp của những cơn lốc phản sắt từ này sẽ khá hữu ích, vì chúng là những cấu trúc rất ổn định và có thể di chuyển dọc theo ‘đường đua’ từ tính với tốc độ gió xoáy vài km / giây!

Chúng có thể hoạt động như một loại bit thông tin mới không chỉ lưu trữ bộ nhớ mà còn tham gia vào các hoạt động tính toán. Do đó, họ sẽ cho ra đời một thế hệ chip mới nhanh hơn đáng kể nhưng tiết kiệm năng lượng hơn các thiết bị hiện nay.

Thực nghiệm khám phá ra xoáy

Tiến sĩ Hariom Jani, tác giả chính của bài báo và là Nghiên cứu viên từ Khoa Vật lý NUS, giải thích: “Cho đến nay, việc xây dựng và chế tác các mẫu vật liệu chống sắt từ là rất khó khăn, vì chúng gần như không có từ tính từ xa. “Các phương pháp tiếp cận tiêu chuẩn để kiểm soát, chẳng hạn như sử dụng các trường bên ngoài, không hoạt động trên các vật liệu này. Do đó, để nhận ra các cơn lốc chống sắt từ khó nắm bắt này, chúng tôi đã đưa ra một chiến lược mới kết hợp tổng hợp phim chất lượng cao từ kỹ thuật vật liệu, chuyển pha từ vật lý và cấu trúc liên kết từ toán học. “

Để phát triển các vật liệu này, các nhà nghiên cứu đã bắn tia laze vào một vật liệu cực kỳ phổ biến và rẻ tiền – ôxít sắt, là thành phần chính của gỉ. Bằng cách sử dụng các xung laser cực ngắn, họ đã tạo ra một làn hơi nóng của các hạt nguyên tử tạo thành một màng mỏng oxit sắt trên bề mặt.

Giáo sư Thirumalai Venky Venkatesan, người dẫn đầu nhóm NUS và phát minh ra quy trình lắng đọng laser xung để tạo ra màng mỏng, đã nêu bật tính linh hoạt của phương pháp tiếp cận của nhóm.

Quá trình lắng đọng cho phép kiểm soát mức độ nguyên tử chính xác trong quá trình tăng trưởng, điều này rất quan trọng để tạo ra các vật liệu chất lượng cao. Công việc của các nhà nghiên cứu chỉ ra một loại lớn các hệ thống vật liệu chống sắt từ, chứa các chuyển pha, trong đó người ta có thể nghiên cứu sự hình thành và ông nói: kiểm soát các vòng xoáy này đối với các ứng dụng công nghệ cuối cùng.

Giải thích về cơ chế cơ bản, Giáo sư Paolo Radaelli, trưởng nhóm Oxford, chia sẻ, “Chúng tôi lấy cảm hứng từ một ý tưởng nổi tiếng trong vật lý vũ trụ, từ gần 50 năm trước, đề xuất rằng một sự chuyển pha trong vũ trụ sơ khai, trong quá trình giãn nở sau Vụ nổ lớn, có thể đã dẫn đến sự hình thành của các xoáy vũ trụ. Theo đó, chúng tôi đã nghiên cứu một quá trình từ tương tự xảy ra trong oxit sắt chất lượng cao, cho phép chúng tôi tạo ra một nhóm lớn các xoáy phản sắt từ theo ý muốn. “

Bước tiếp theo của nhóm là xây dựng các mạch điện cải tiến có thể điều khiển gió xoáy.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Quốc gia Singapore cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Hariom Jani, Jheng-Cyuan Lin, Jiahao Chen, Jack Harrison, Francesco Maccherozzi, Jonathon Schad, Saurav Prakash, Chang-Beom Eom, A. Ariando, T. Venkatesan, Paolo G. Radaelli. Nửa bầu trời phản sắt từ và bimeron ở nhiệt độ phòng . Tự nhiên , 2021; 590 (7844): 74 DOI: 10.1038 / s41586-021-03219-6