Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo ở Nhật Bản, Đại học Cornell và Johns Hopkins ở Mỹ và Đại học Birmingham ở Anh đã quan sát thấy hiện tượng áp điện lớn trong một vật liệu phản sắt từ, mangan-thiếc (Mn3SN). Phát hiện này có thể cho phép vật liệu này và những vật liệu tương tự khác được sử dụng trong bộ nhớ máy tính thế hệ tiếp theo.
Vật liệu phản sắt từ là ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các thiết bị bộ nhớ mật độ cao trong tương lai vì hai lý do chính. Đầu tiên là các spin của electron (được sử dụng làm bit hoặc đơn vị dữ liệu) trong các phản sắt từ lật nhanh, ở các tần số trong dải terahertz. Những chuyển động quay nhanh này có thể xảy ra bởi vì các spin trong phản sắt từ có xu hướng sắp xếp phản song song với nhau, dẫn đến tương tác mạnh giữa các spin. Điều này trái ngược với các chất sắt từ thông thường có các spin điện tử song song.
Lý do thứ hai là trong khi các phản sắt từ có từ tính bên trong được tạo ra bởi spin của các electron của chúng, chúng hầu như không có từ hóa vĩ mô. Điều này có nghĩa là các bit có thể được đóng gói dày đặc hơn vì chúng không can thiệp lẫn nhau. Một lần nữa, điều này trái ngược với các sắt từ được sử dụng trong bộ nhớ từ thông thường, vốn tạo ra từ hóa mạng khá lớn.
Các nhà nghiên cứu sử dụng hiệu ứng Hall đã được hiểu rõ (trong đó một từ trường ứng dụng tạo ra một điện áp trong một dây dẫn theo hướng vuông góc với cả trường và dòng điện) để đọc các giá trị của các bit phản sắt từ. Nếu các spin trong bit phản sắt từ đều lật theo cùng một hướng, điện áp Hall đổi dấu. Do đó, một dấu hiệu của điện áp tương ứng với hướng “quay lên” hoặc “1” và dấu hiệu kia tương ứng với hướng “quay xuống” hoặc “0”.
Kiểm soát căng thẳng thay đổi dấu hiệu
Trong tác phẩm mới, một nhóm do Satoshi Nakatsuji của Đại học Tokyo thiết bị đã qua sử dụng được phát triển bởi Clifford Hicks và các đồng nghiệp tại Birmingham đặt một mẫu Mn3Sn dưới sức căng. mn3Sn là một phản sắt từ không hoàn hảo (Weyl) có từ hóa yếu và được biết là có hiệu ứng Hall dị thường (AHE) rất mạnh, trong đó các hạt mang điện thu được thành phần vận tốc vuông góc với điện trường ứng dụng ngay cả khi không có từ trường ứng dụng.
Phản sắt từ pha tạp chuyển đổi nhanh hơn
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, bằng cách đặt các mức độ biến dạng khác nhau lên mẫu, họ có thể kiểm soát cả cường độ và dấu hiệu của AHE của vật liệu. “Kể từ khi Edwin Hall phát hiện ra AHE vào năm 1881, không có báo cáo nào được thực hiện về việc điều chỉnh liên tục dấu hiệu AHE do căng thẳng,” Nakatsuji nói. Thế giới vật lý. “Ngay từ cái nhìn đầu tiên, có vẻ như độ dẫn Hall, một đại lượng lẻ khi đảo ngược thời gian, không thể kiểm soát được bằng lực căng, đại lượng chẵn khi đảo ngược thời gian. Tuy nhiên, thí nghiệm và lý thuyết của chúng tôi chứng minh rõ ràng rằng một biến dạng rất nhỏ ở mức 0.1% có thể kiểm soát không chỉ kích thước mà còn cả dấu hiệu của AHE.”
Quan trọng đối với spintronics phản sắt từ
Nhóm nghiên cứu nói rằng khả năng kiểm soát AHE bằng cách sử dụng biến dạng sẽ rất quan trọng đối với cái gọi là ứng dụng “điện tử học spin” liên quan đến vật liệu phản sắt từ. Do trạng thái bán kim loại Weyl của Mn3Sn cũng có thể được chuyển mạch bằng điện, khám phá mới làm cho vật liệu này thậm chí còn hấp dẫn hơn đối với điện tử học spin, và một số nhóm trên khắp thế giới hiện đang nghiên cứu chế tạo nó ở dạng màng mỏng.
Công việc hiện tại được trình bày chi tiết trong Vật lý tự nhiên.
