Twistronics هو مجال جديد من فيزياء الكم، يتضمن تكديس مواد Van der Waals لاستكشاف ظواهر كمومية جديدة. لقد طور الباحثون في جامعة بوردو هذا المجال من خلال إدخال الدوران الكمي في طبقات ثنائية ملتوية من المغناطيسات المضادة، مما أدى إلى مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط. ويشير هذا التقدم إلى مواد جديدة للإلكترونيات السبينية ويعد بإحراز تقدم في أجهزة الذاكرة والمنطق السبيني. الائتمان: SciTechDaily.com
يقوم باحثو جامعة بوردو بتحريف الطبقات الثنائية المزدوجة للمغناطيس الحديدي المضاد لإظهار مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط.
Twistronics ليست حركة رقص جديدة، أو قطعة من معدات التمارين الرياضية، أو بدعة موسيقية جديدة. لا، إنها طريقة أكثر برودة من كل ذلك. يعد هذا تطورًا جديدًا مثيرًا في فيزياء الكم وعلوم المواد، حيث يتم تكديس مواد فان دير فالس فوق بعضها البعض في طبقات، مثل أوراق في رزمة يمكن أن تلتوي وتدور بسهولة بينما تظل مسطحة، وقد استخدم فيزيائيو الكم هم. البطاريات لاكتشاف الظواهر الكمومية المثيرة للاهتمام.
من خلال إضافة مفهوم الدوران الكمومي مع طبقات ثنائية ملتوية من مغناطيس حديدي مضاد، فمن الممكن الحصول على مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط. يشير هذا إلى وجود فئة جديدة من منصات الأجهزة للمرحلة التالية من الإلكترونيات الدورانية: الإلكترونيات السبينية. يمكن أن يؤدي هذا العلم الجديد إلى أجهزة منطقية وذاكرة دورانية واعدة، مما يفتح عالم الفيزياء على طريق جديد تمامًا مع تطبيقات الإلكترونيات السبينية.
من خلال تدوير مغناطيس فان دير فالس، يمكن أن تظهر حالات مغناطيسية غير خطية مع قابلية ضبط كهربائية كبيرة. ائتمان: ريان ألين، استوديوهات الخليج الثاني
قدم فريق من الباحثين في فيزياء الكم والمواد من جامعة بوردو طريقة للتحكم في درجة حرية الدوران باستخدام CrI.3، مادة فان دير فال (vdW) مقترنة بطبقة بينية مضادة للمغناطيسية، كدعم. لقد نشروا نتائجهم تحت عنوان “مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط كهربائيًا في طبقات ثنائية مزدوجة ملتوية من ثلاثي يوديد الكروم” في عام 2013. الالكترونيات الطبيعية.
“في هذه الدراسة، قمنا بتصنيع طبقة مزدوجة ملتوية من CrI3“، أي طبقة ثنائية بالإضافة إلى طبقة ثنائية بزاوية ملتوية بينهما،” يوضح الدكتور جوانجوي تشينج، المؤلف الرئيسي المشارك للنشر. “لقد أبلغنا عن مغناطيسية تموج في النسيج بمراحل مغناطيسية غنية وقابلية ضبط كبيرة بالطريقة الكهربائية.”
هيكل تموج في النسيج الفائق للطبقة المزدوجة الملتوية (tDB) CrI3 وسلوكياتها المغناطيسية التي تم فحصها بواسطة تأثير كير المغنطيسي البصري (MOKE). يُظهر القسم (أ) أعلاه مخططًا تخطيطيًا لشبكة تموج في النسيج الفائقة ملفقة عن طريق التواء الطبقات البينية. اللوحة السفلية: يمكن أن تظهر حالة مغناطيسية غير خطية. يُظهر القسم ب أعلاه نتائج MOKE التي توضح التعايش بين أوامر المغناطيسية المغناطيسية (AFM) والمغناطيسية الحديدية (FM) في “مغناطيس تموج في النسيج” tDB CrI3 مقارنةً بأوامر AFM في الطبقة الثنائية الطبيعية المضادة للمغناطيسية CrI3. الائتمان: رسم توضيحي بواسطة Guanghui Cheng و Yong P. Chen
يوضح تشين: “لقد قمنا بتكديس ولف مغناطيس مضاد على نفسه، وها نحن حصلنا على مغناطيس حديدي”. “إنه أيضًا مثال صارخ على المنطقة الناشئة حديثًا من المغناطيسية” الملتوية “أو تموج في النسيج في المواد الملتوية ثنائية الأبعاد، حيث توفر زاوية الالتواء بين الطبقتين مقبض ضبط قوي وتغير خصائص المادة بشكل كبير.”
“لصنع طبقة مزدوجة ملتوية من CrI3نحن نمزق جزءًا من طبقة ثنائية CrI3“، قم بتدويرها وتكديسها على الجزء الآخر، باستخدام ما يسمى بتقنية التمزق والتكديس”، يوضح تشنغ. “من خلال القياس المغناطيسي البصري لتأثير كير (MOKE)، وهو أداة حساسة لسبر السلوك المغناطيسي وصولاً إلى بضع طبقات ذرية، لاحظنا التعايش بين الأوامر المغناطيسية الحديدية والمضادة للمغناطيسية الحديدية، وهي السمة المميزة لمغناطيسية تموج في النسيج، ولها أظهر أيضًا التبديل المغناطيسي المدعوم بالجهد، ومثل هذه المغناطيسية المموجة هي شكل جديد من المغناطيسية تتميز بأطوار مغنطيسية حديدية ومضادة للمغناطيسية متغيرة مكانيًا، وتتناوب بشكل دوري اعتمادًا على الشبكة الفائقة المموجة.
حتى الآن، ركزت Twistronics بشكل أساسي على تعديل الخصائص الإلكترونية، مثل الطبقة الثنائية الملتوية. الجرافين. أراد فريق بوردو تقديم درجة حرية الالتواء والدوران واختار استخدام CrI.3، مادة vdW مع اقتران مضاد للمغناطيسية البينية. أصبحت نتيجة التواء المغناطيسات المضادة المكدسة ممكنة عن طريق تصنيع عينات بزوايا ملتوية مختلفة. بمعنى آخر، بمجرد تصنيعه، تصبح زاوية الالتواء لكل جهاز ثابتة، ومن ثم يتم إجراء قياسات MOKE.
تم إجراء الحسابات النظرية لهذه التجربة بواسطة Upadhyaya وفريقه. وهذا يدعم بقوة ملاحظات فريق تشين.
يقول أوبادهيايا: “كشفت حساباتنا النظرية عن مخطط طوري غني بأطوار غير خطية من TA-1DW، TA-2DW، TS-2DW، TS-4DW، وما إلى ذلك”.
يعد هذا البحث جزءًا من سلسلة بحثية مستمرة يقودها فريق تشين. يتبع هذا العمل العديد من المنشورات الحديثة للفريق المتعلقة بالفيزياء الجديدة وخصائص “المغناطيس ثنائي الأبعاد”، مثل “ظهور المغناطيسية الحديدية البينية القابلة للضبط في المجال الكهربائي في الهياكل غير المتجانسة المضادة للمغناطيسية ثنائية الأبعاد»، نشرت مؤخرا في الاتصالات الطبيعية. يقدم هذا الخط من البحث إمكانيات مثيرة في مجال الإلكترونيات الدورانية والإلكترونية الدورانية.
يوضح تشين: “يشير المغناطيس المموج الذي تم تحديده إلى فئة جديدة من منصات المواد للإلكترونيات السبينية والإلكترونيات المغناطيسية”. “يمكن أن يؤدي التبديل المغناطيسي المدعوم بالجهد والتأثير الكهرومغناطيسي الملحوظ إلى ذاكرة واعدة وأجهزة منطقية تدور.” كدرجة جديدة من الحرية، يمكن تطبيق الالتواء على نطاق واسع من الطبقات الثنائية المتجانسة/المغايرة لمغناطيس vdW، مما يفتح إمكانية متابعة تطبيقات جديدة في الفيزياء وكذلك الإلكترونيات السبينية.
المرجع: “مغناطيسية تموج في النسيج قابلة للضبط كهربائيًا في طبقات ثنائية مزدوجة ملتوية من ثلاثي يوديد الكروم” بقلم Guanghui Cheng، محمد مشفيق الرحمن، Andres Llacsahuanga Allcca، Avinash Rustagi، Xingtao Liu، Lina Liu، Lei Fu، Yanglin Zhu، Zhiqiang Mao، Kenji Watanabe، Takashi Taniguchi. ، برامي أوبادهايا ويونغ بي تشين، 19 يونيو 2023، الالكترونيات الطبيعية.
دوى: 10.1038/s41928-023-00978-0
يضم الفريق، وهو في المقام الأول من بوردو، مؤلفين رئيسيين مساهمين بشكل متساوٍ: الدكتور جوانجوي تشينج ومحمد مشفيق الرحمن. كان تشينغ زميلًا لمرحلة ما بعد الدكتوراه في مجموعة الدكتور يونج بي تشين في جامعة بوردو، وهو الآن أستاذ مساعد في المعهد المتقدم لأبحاث المواد (AIMR، حيث ينتمي تشين أيضًا كباحث رئيسي) في جامعة توهوكو. محمد مشفيق الرحمن طالب دكتوراه في مجموعة الدكتور برامي أوبادهيايا. تشين وأوباديايا كلاهما مؤلفان لهذا المنشور وأستاذان في جامعة بوردو. تشين هو أستاذ كارل لارك هوروفيتز للفيزياء وعلم الفلك، وأستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر، ومدير معهد بوردو للعلوم والهندسة الكمومية. Upadhyaya هو أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر. ومن بين أعضاء الفريق الآخرين التابعين لجامعة بوردو أندريس لاكساهانجا ألكا (طالب دكتوراه)، والدكتورة لينا ليو (ما بعد الدكتوراه)، والدكتور لي فو (ما بعد الدكتوراه) من مجموعة تشين، والدكتور أفيناش روستاجي (ما بعد الدكتوراه) من مجموعة أوبادهيايا، والدكتور شينغتاو ليو. (مساعد باحث سابق في مركز بيرك لتقنية النانو).
يتم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) من خلال مركز علوم الكم (QSC، وهو مركز أبحاث وطني لعلوم المعلومات الكمومية) والمبادرات البحثية لبرنامج الدراسات العليا التابع لوزارة الدفاع (MURI) (FA9550-20-1-0322). تلقى Cheng وChen أيضًا دعمًا جزئيًا من WPI-AIMR، وJSPS KAKENHI Basic Science A (18H03858)، وNew Science (18H04473 و20H04623)، وبرنامج FRiD بجامعة توهوكو في المراحل الأولى من البحث.
يقر Upadhyaya أيضًا بالدعم المقدم من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) (ECCS-1810494). آي آر سي السائبة3 يتم توفير البلورات من قبل مجموعة Zhiqiang Mao في جامعة ولاية بنسلفانيا بدعم من وزارة الطاقة الأمريكية (DE-SC0019068). يتم توفير بلورات hBN السائبة بواسطة كينجي واتانابي وتاكاشي تانيجوتشي من المعهد الوطني لعلوم المواد، اليابان، بدعم من JSPS KAKENHI (أرقام المنح 20H00354، 21H05233، و23H02052) ومبادرة مركز الأبحاث الدولي الأول العالمي (WPI)، MEXT، اليابان.
