매우 빠르고 컴팩트한 컴퓨터 메모리를 향한 길을 닦다

수십 년 동안 과학자들은 컴퓨터 메모리, 화학 센서 및 양자 컴퓨터를 포함한 다양한 응용 분야에 유용할 수 있는 다중강성 물질이라는 특이한 물질 그룹을 연구해 왔습니다. 에 발표된 연구에서 자연오스틴에 있는 텍사스 대학교와 막스 플랑크 물질의 구조 및 역학 연구소(MPSD)의 연구원들은 층상 다강성 물질 요오드화니켈(NiI)이2)은 매우 빠르고 컴팩트한 장치에 가장 적합한 후보일 수 있습니다.

Multiferroics는 자기 전기 결합이라는 특별한 특성을 가지고 있습니다. 이는 전기장으로 재료의 자기 특성을 조작할 수 있고 그 반대로 자기장으로 전기 특성을 조작할 수 있음을 의미합니다. 연구원들은 NiI를 발견했습니다2 알려진 어떤 물질보다 자기전기 결합이 더 크기 때문에 기술 발전의 주요 후보가 됩니다.

UT 물리학 박사후 연구원이자 논문 공동 저자인 Frank Gao는 "원자적으로 얇은 요오드화니켈 플레이크 규모에서 이러한 효과를 밝혀내는 것은 엄청난 도전이었습니다. 그러나 우리의 성공은 이 분야에서 상당한 발전을 가져왔습니다"라고 말했습니다."

"우리의 발견은 자기 메모리를 포함하여 매우 빠르고 에너지 효율적인 자기 전기 장치의 길을 열었습니다"라고 프로젝트의 다른 공동 저자인 대학원생 Xinyue Peng이 덧붙였습니다.

전기장과 자기장은 세계와 현대 기술을 이해하는 데 기본입니다. 물질 내부에서 전하와 원자 자기 모멘트는 그 특성이 합산되어 전기 분극이나 자화를 형성하는 방식으로 스스로 정렬될 수 있습니다. 이러한 물질은 이러한 양 중 어느 것이 규칙적인 상태에 있는지에 따라 강유전체 또는 강자성체로 알려져 있습니다.

그러나 다강성 물질인 이종물질에는 이러한 전기적 질서와 자기적 질서가 공존한다. 자기 질서와 전기 질서는 하나의 변화가 다른 질서의 변화를 일으키는 방식으로 얽혀 있을 수 있습니다. 자기전기 결합으로 알려진 이 특성은 이러한 재료를 더 빠르고, 더 작고, 더 효율적인 장치에 대한 매력적인 후보로 만듭니다. 이러한 장치가 효과적으로 작동하려면 연구팀이 NiI를 사용하여 설명한 것처럼 특히 강한 자기 전기 결합을 갖는 재료를 찾는 것이 중요합니다.

연구진은 펨토초 범위(100만분의 1초)의 초단거리 레이저 펄스로 물질을 자극한 다음 특정 광학 특성에 미치는 영향을 통해 물질의 전기 및 자기 순서와 자기전기 결합의 결과 변화를 추적함으로써 이를 달성했습니다.

NiI에서 자기전기 결합이 훨씬 더 강한 이유를 이해하려면2 유사한 재료보다 팀은 광범위한 계산을 수행했습니다.

MPSD의 공동 저자인 Emil Viñas Boström은 "여기에서는 두 가지 요소가 중요한 역할을 합니다."라고 말했습니다. "그 중 하나는 요오드 원자의 전자 스핀과 궤도 운동 사이의 강한 결합입니다. 이는 스핀-궤도 결합으로 알려진 상대론적 효과입니다. 두 번째 요인은 요오드화 니켈의 자기 질서의 특정 형태입니다. 스핀 나선 또는 스핀 나선. 이 순서는 강유전성 순서를 시작하고 자기 전기 결합의 강도에 모두 중요합니다."

NiI와 같은 재료2 연구진에 따르면, 큰 자기전기 결합을 사용하면 광범위한 잠재적 응용이 가능하다고 합니다. 여기에는 소형이고 에너지 효율적이며 기존 메모리보다 훨씬 빠르게 저장하고 검색할 수 있는 자기 컴퓨터 메모리가 포함됩니다. 양자 컴퓨팅 플랫폼의 상호 연결; 화학, 제약산업에서 품질관리와 의약품 안전성을 확보할 수 있는 화학센서 등이 있습니다.

연구원들은 이러한 획기적인 통찰력을 사용하여 유사한 자기 전기 특성을 가진 다른 재료를 식별할 수 있고 다른 재료 공학 기술이 NiI의 자기 전기 결합을 더욱 향상시킬 수 있기를 희망합니다.

이 작업은 UT의 물리학 조교수인 Edoardo Baldini와 MPSD의 이사인 Angel Rubio가 구상하고 감독했습니다.

이 논문의 다른 UT 저자는 김동섭(Dong Seob Kim)과 샤오친 리(Xiaoqin Li)입니다. MPSD의 다른 저자로는 Xinle Cheng과 Peizhe Tang이 있습니다. 추가 저자는 Academia Sinica의 Ravish K. Jain, Deepak Vishnu, Kalaivanan Raju, Raman Sankar 및 Shang-Fan Lee입니다. 브레멘 대학교의 Michael A. Sentef; 캘리포니아 공과대학의 쿠루마지 타카시(Takashi Kurumaji).

이 연구에 대한 자금은 Robert A. Welch 재단, 미국 국립 과학 재단, 미 공군 과학 연구실, 유럽 연합의 Horizon Europe 연구 및 혁신 프로그램, Cluster of Excellence "CUI: Advanced Imaging of Matter"에서 제공되었습니다."

Grupos Consolidados, Max Planck-New York City 비평형 양자 현상 센터, Simons 재단 및 대만 과학 기술부.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240717120924.htm