В последние годы мир материаловедения неустанно исследует и открывает новые материалы с экзотическими свойствами. Одним из таких материалов является мультиферроики - уникальный класс материалов, обладающих как магнитными, так и электрическими свойствами. Исследователи по всему миру приступили к изучению и использованию этих материалов в различных областях, от современной электроники до новых видов памяти.
Недавно исследовательское сотрудничество под руководством Хьюго Дила из Швейцарской Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) обнаружило удивительное магнитное свойство экзотического материала, которое может привести к созданию компьютеров, потребляющих намного меньше энергии для переключения одного бита. Этот материал - легированный марганцем теллурид германия (GeTe, легированный Mn).
GeTe, легированный Mn, изначально был известен своими уникальными сегнетоэлектрическими и магнитными свойствами. Однако новое исследование показало, что он обладает также и магнитным порядком, отличным от типичных ферромагнетиков, таких как железо. В отличие от железа, которое выравнивается по магнитному полю, GeTe, легированный Mn, проявляет характеристики ферримагнетика.
Что такое ферримагнетик? В отличие от «обычных» магнитов, подобных тем, которые мы прикрепляем к нашим холодильникам, ферримагнетик больше похож на два магнита с немного разной силой, наложенных друг на друга. Открытие того, что GeTe, легированный Mn, ведет себя подобным образом, означает, что теперь у нас есть больше гибкости в управлении направлением намагничивания — важная особенность для ряда технологий.
Это оказалось важным, поскольку позволило ученым разработать метод повышения эффективности переключения направления намагничивания на поразительные шесть порядков. Вместо того, чтобы делать это традиционным способом подачи большого импульса тока, они вместо этого использовали небольшой, переменный электрический ток , за которым следовал крошечный толчок тока в нужный момент.
Этот крошечный «толчок» вызвал изменение, которое быстро распространилось по легированному Mn GeTe, как рябь в пруду. Это произошло потому, что материал ведет себя немного как твердое тело и немного как жидкость — по сути, стекло: изменение в одной части вызывает цепную реакцию, которая изменяет другие части. Исследователи назвали это явление «стохастическим резонансом».
Это открытие имеет огромный потенциал для будущих энергоэффективных вычислений. Компьютеры, использующие этот материал, могут потреблять менее одной миллионной доли той энергии, необходимой сейчас для переключения одного бита. Это означает, что будущие вычислительные системы могут стать гораздо более эффективными и компактными.
Однако применение GeTe, легированного Mn, не ограничивается только энергоэффективными вычислениями. Этот материал также предлагает более глубокое понимание коллективного поведения в мультиферроидных материалах. Исследователи надеются, что это открытие поможет разработать новые технологии и материалы, которые будут применяться в различных областях, от электроники до магнитных памятей нового поколения.
Источник:
Юрай Кремпаски и др., Эффективное магнитное переключение в коррелированном спиновом стекле (Juraj Krempaský et al, Efficient magnetic switching in a correlated spin glass), Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41718-4
----------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!