تیمی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور شائو دینگفو در مؤسسه فیزیک حالت جامد (زیرمجموعه مؤسسات علوم فیزیکی هفی، وابسته به آکادمی علوم چین) موفق شد روشی جدید برای استخراج به قطبش اسپینی قوی از طریق رابطهای فلزات پادفرومغناطیس (Antiferromagnetic Metals) ارائه معلم خصوصی فیزیک در اصفهان دهد.
نتیجه ها این استیناف که در نشریه Newton منتشر شده، سومی نمونه از پیوند تونلی پادفرومغناطیس (AFMTJ) را معرفی میکند؛ ساختاری نو که میتواند شتاب جدیدای به صنعت اسپینترونیک بدهد.
اسپینترونیک چیست؟
فناوری اسپینترونیک از بار الکتریکی و اسپین (ویژگی مغناطیسی ذاتی الکترون) به طور همزمان استفاده میکند. برخلاف وسایل الکترونیکی سنتی، این فناوری میتواند دادهها را با سرعت بیشتر، در حجم کمتر و با مصرف انرژی ذیلتر پردازش کند.
یکی از اجزای کلیدی این فناوری، پیوندهای تونلی مغناطیسی (MTJ) میباشند که همموقتا در ذخیرهسازی دادهها به عمل میروند. با این موقتی، MTJهای مرسوم با مشکلاتی مانند پاسخ کند و ساخت میدانهای مغناطیسی ناخواسته روبهرو می باشند.
تفحص بیشتر: اسپینترونیک چیست؟
مزیت مواد پادفرومغناطیس
مواد پادفرومغناطیس (AFM) فاقد مغناطش کلی و میدانهای مزاحم هستند و در عین حال عکس العملهای اسپینی بسیار سریعتری دارند. این ویژگیها آن ها را به گزینهای ایدهآل برای نسل آجل ابزارهای الکترونیکی بدل میکند. اما طراحی پیوندهای تونلی بر اساس AFM تاکنون به خواص تودهای خاص وابسته بود و این زمینه، آیتمهای مواد را محدود میکرد.
روش تازه دانشمندان
در این پژوهش، پژوهشگران به جای تمرکز بر ویژگیهای عدهای، بر اثر رابطها (Interface Effects) تمرکز کردند؛ موضوعی که تا پیش از این کمتر جدی گرفته میشد.
آنان نماد دادند بعضا مواد پادفرومغناطیس – بهویژه پادفرومغناطیسهای نوع A – در سطح رابطهای صاف و پایدار میتوانند قطبش اسپینی قدرتمند ساخت کنند، حتی در حالتیکه در وضعیت تودهای چنین قابلیتی نداشته باشند.
طراحی آزمایشی
مبتنی بر شبیهسازیهای پیشرفته، پژوهشگران یک لینک و پیوند تونلی پادفرومغناطیس دوبعدی طراحی کردند که از ترکیب فلز Fe₄GeTe₂ و یک سد عایق از BN ساخته شد.
با وجود اینکه ساختار نواری Fe₄GeTe₂ فاقد جدایش اسپینی بود، جریانهای اسپینقطبیده به طور قابلتوجهی به دلیل اثرات رابطی شکل گرفتند. این جریانها غیر وابسته از ضخامت یا تعداد لایهها باقی ماندند و منشاء رابطی آنها را تأیید کردند.
نتایج کلیدی
لینک تونلی طراحیشده توانست به مقاومت مغناطیسی تونلی (TMR) نزدیک به ۱۰۰٪ برسد؛ سودای همسطح با طراحیهای رایج، ولی سوای نیاز به اجزای فرومغناطیس. این یعنی میتوان دامنه مواد قابل به کارگیری در اسپینترونیک را به طور چشمگیری توسعه اعطا کرد.
واکنش متخصصان
پروفسور خوزه لادو (دانشگاه آلتو) و پروفسور ساروج دش (دانشگاه فناوری چالمرز) در یادداشتی هم پا با نوشتهعلمی نوشتند:
«رابطهای نامتوازن در پادفرومغناطیسها فرصتهای نوای برای بسط هتروساختارهای وندروالس آماده میکنند.» آنها این مطالعه را یک جهش مفهومی و کاربردی اساسی تمجید کردند.
چرا این کشف مهم میباشد؟
این دستاورد دو اهمیت کلیدی داراست:
شکستن یک اعتقاد و باور دیرینه: تاکنون تصور می شد برای کاربردهای اسپینترونیک پادفرومغناطیس، اثرات تودهای حیاتی میباشند. این استیناف بر خلاف آن را علامت بخشید.
گزینهسازی برای آینده الکترونیک: در حین پسامور (Post-Moore Era)، که کوچکسازی ترانزیستورها به محدودیت رسیده، مهندسی رابطها میتواند راهی تازه برای ایجاد کرد ابزارهای سریعتر، کوچکتر و معدودمصرفتر باشد.
تیمی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور شائو دینگفو در مؤسسه فیزیک حالت جامد (زیرمجموعه مؤسسات علوم فیزیکی هفی، وابسته به آکادمی علوم چین) موفق شد روشی جدید برای استخراج به قطبش اسپینی قوی از طریق رابطهای فلزات پادفرومغناطیس (Antiferromagnetic Metals) ارائه معلم خصوصی فیزیک در اصفهان دهد.
نتیجه ها این استیناف که در نشریه Newton منتشر شده، سومی نمونه از پیوند تونلی پادفرومغناطیس (AFMTJ) را معرفی میکند؛ ساختاری نو که میتواند شتاب جدیدای به صنعت اسپینترونیک بدهد.
اسپینترونیک چیست؟
فناوری اسپینترونیک از بار الکتریکی و اسپین (ویژگی مغناطیسی ذاتی الکترون) به طور همزمان استفاده میکند. برخلاف وسایل الکترونیکی سنتی، این فناوری میتواند دادهها را با سرعت بیشتر، در حجم کمتر و با مصرف انرژی ذیلتر پردازش کند.
یکی از اجزای کلیدی این فناوری، پیوندهای تونلی مغناطیسی (MTJ) میباشند که همموقتا در ذخیرهسازی دادهها به عمل میروند. با این موقتی، MTJهای مرسوم با مشکلاتی مانند پاسخ کند و ساخت میدانهای مغناطیسی ناخواسته روبهرو می باشند.
تفحص بیشتر: اسپینترونیک چیست؟
مزیت مواد پادفرومغناطیس
مواد پادفرومغناطیس (AFM) فاقد مغناطش کلی و میدانهای مزاحم هستند و در عین حال عکس العملهای اسپینی بسیار سریعتری دارند. این ویژگیها آن ها را به گزینهای ایدهآل برای نسل آجل ابزارهای الکترونیکی بدل میکند. اما طراحی پیوندهای تونلی بر اساس AFM تاکنون به خواص تودهای خاص وابسته بود و این زمینه، آیتمهای مواد را محدود میکرد.
روش تازه دانشمندان
در این پژوهش، پژوهشگران به جای تمرکز بر ویژگیهای عدهای، بر اثر رابطها (Interface Effects) تمرکز کردند؛ موضوعی که تا پیش از این کمتر جدی گرفته میشد.
آنان نماد دادند بعضا مواد پادفرومغناطیس – بهویژه پادفرومغناطیسهای نوع A – در سطح رابطهای صاف و پایدار میتوانند قطبش اسپینی قدرتمند ساخت کنند، حتی در حالتیکه در وضعیت تودهای چنین قابلیتی نداشته باشند.
طراحی آزمایشی
مبتنی بر شبیهسازیهای پیشرفته، پژوهشگران یک لینک و پیوند تونلی پادفرومغناطیس دوبعدی طراحی کردند که از ترکیب فلز Fe₄GeTe₂ و یک سد عایق از BN ساخته شد.
با وجود اینکه ساختار نواری Fe₄GeTe₂ فاقد جدایش اسپینی بود، جریانهای اسپینقطبیده به طور قابلتوجهی به دلیل اثرات رابطی شکل گرفتند. این جریانها غیر وابسته از ضخامت یا تعداد لایهها باقی ماندند و منشاء رابطی آنها را تأیید کردند.
نتایج کلیدی
لینک تونلی طراحیشده توانست به مقاومت مغناطیسی تونلی (TMR) نزدیک به ۱۰۰٪ برسد؛ سودای همسطح با طراحیهای رایج، ولی سوای نیاز به اجزای فرومغناطیس. این یعنی میتوان دامنه مواد قابل به کارگیری در اسپینترونیک را به طور چشمگیری توسعه اعطا کرد.
واکنش متخصصان
پروفسور خوزه لادو (دانشگاه آلتو) و پروفسور ساروج دش (دانشگاه فناوری چالمرز) در یادداشتی هم پا با نوشتهعلمی نوشتند:
«رابطهای نامتوازن در پادفرومغناطیسها فرصتهای نوای برای بسط هتروساختارهای وندروالس آماده میکنند.» آنها این مطالعه را یک جهش مفهومی و کاربردی اساسی تمجید کردند.
چرا این کشف مهم میباشد؟
این دستاورد دو اهمیت کلیدی داراست:
شکستن یک اعتقاد و باور دیرینه: تاکنون تصور می شد برای کاربردهای اسپینترونیک پادفرومغناطیس، اثرات تودهای حیاتی میباشند. این استیناف بر خلاف آن را علامت بخشید.
گزینهسازی برای آینده الکترونیک: در حین پسامور (Post-Moore Era)، که کوچکسازی ترانزیستورها به محدودیت رسیده، مهندسی رابطها میتواند راهی تازه برای ایجاد کرد ابزارهای سریعتر، کوچکتر و معدودمصرفتر باشد.
نیرو فارغ از انرژی به فایدهای پایدار سبب نمی شود