二维磁阻材料开启计算机新途径

发布日期：2017-06-07 来源：中国国防科技信息网 浏览次数：493

保罗·谢勒研究所（PSI）Thomas Jung的研究团队和瑞士巴塞尔大学的科学家们制造了首个仅由两层材料组成的二维亚铁磁材料。

二维磁性结构在研究界备受关注，因为这些结构中单分子的磁性能可以被单独处理和修改。这在使用电子自旋来编码信息的自旋电子学中尤其重要。

在三维磁性材料中，由于其顶部或下方存在许多其它层材料，电子的旋转难以确定或改变。开发出具有亚铁磁性的二维材料是使用自旋电子学更有效的方式，如进行数据存储或使用电子自旋作为量子计算中的量子位。

考虑到这一点，劳伦斯伯克利实验室的研究人员上个月表明，2D材料铬锗碲化物的多层样品确实具有固有的铁磁性。然而，这些多层晶体（各层通过范德华力保持在一起）不具有在单层中产生铁磁性的优点。

严格来说，Jung和他的同事们也没有制作出单层亚铁磁性，因为根据海森堡的磁系统模型，这是不可能存在的。相反，研究人员在自然通讯杂志上发表的研究中描述，他们制造了包含卟啉分子的单层材料。这些有机结构用于生物化学和传感应用，尺寸约为1纳米。在每个卟啉分子的中间就分布着一个磁性原子，如铁原子。卟啉分子组装在单层金的顶部，形成棋盘图案，其中分子中心的磁性原子的自旋在上下之间交替。

Jung在接受IEEE Spectrum采访时解释说，没有金表面—不是磁性而是高导电性——系统不会呈现亚铁磁性。

金的传导电子将自身耦合到分子中心的磁性原子上，这称为Kondo效应。由于金是导体而不是磁性，因此它作为磁性分子下面的电子海。金表面中的电子被上面的磁分子吸引，相反旋转。这种相反旋转的吸引力导致了一种耦合，分子知道相邻分子的状况。这对磁系统至关重要。

Jung说：“没有金原子，磁性分子就不会知道相邻分子的状况，就根本不会有磁性的。一旦我们把金原子放入这个系统中，任何一个自旋电子下面的电子都会识别出什么，并告诉他们的相邻原子，使得相邻的原子从电子中知道它应该如何表现。”

Jung很快提醒，这仍然是基础研究，不应该真正被认为是一种技术。为了从这种材料开发出类似数据存储设备的东西，需要开发某种类型的传感器来读取磁分子的表面。对于本文所述的研究，扫描隧道显微镜能够到达一个或另一个自旋中心中，并检测到Kondo效应。

Jung和他的同事正在在继续研究类似的分子结构。但分子中心的金属原子是锰或钴而不是铁。