Neytronlar yüksək temperaturda topoloji izolyatorlar

 A multi-təşkilati komanda daha kiçik, daha səmərəli cihazlar və digər inkişaf etmiş texnologiya vəd edib ixtisaslaşdırılmış maddi səthində roman maqnit davranış aşkar etmişdir. neytron səpilmə istifadə Energetika Oak Ridge National Laboratory Massaçusets Texnologiya İnstitutu və onların əməkdaşları şöbəsinin tədqiqatçıları hibrid topoloji izolyator (TI) otaq temperaturunda materialları, ifrat sub-zero soyuq olduğu daha isti dərəcə Fahrenheit yüzlərlə maqnit anlar aşkar xassələri baş gözlənilir.

kəşf belə təkmilləşdirilmiş tranzistorlar və kvant hesablama texnologiyaları nəsil elektron və spintronic cihazlar üçün yeni imkanlar vəd edir. Onların tədqiqat jurnalının Nature nəşr kağız müzakirə olunur.



TIS nisbətən yeni materiallar, Valeria Lauter, Spallation Neutron Mənbə, ORNL bir DOE Office Elm User Təsislərində coauthor və alət alim bildirib. yarımkeçirici materialların ideal - Tis unikal əmlak maddi toplu elektrik izolyator kimi xidmət edir isə elektron, israf olmadan səthində axını bilər.

"Tis xassələri fantastik var" Lauter dedi: "lakin biz maddi xassələri izolyasiya toplu narahat olmadan səthində magnetism təqdim etmək lazımdır cihazlar onları istifadə etmək üçün."

Bu iki yolla nail olmaq olar: maqnetik atomu TI səthi üzərində, və ya magnetism ferromagnetic izolyasiya film təbəqəsi ilə TI tela induksiya olunur yaxınlığı coupling ilə daxil edilir aşqar doping tərəfindən.

Birinci metodu, lakin bir problem təqdim edir. atomlar eyni azalıb elektron nəqliyyat idarəedilməsinə nəticəsində payladı əgər maqnit qruplar səbəb ola bilər Doping. Proximity coupling, digər tərəfdən, iki materialları arasında kristal istiqamətləri ilə təmiz, atomically kəskin interfeys əldə edə bilərsiniz.

yaxınlıq coupling metodu istifadə edərək, Massaçusets Texnologiya İnstitutunda Lauter nin əməkdaşları bir europium sulfidin (EUS) ferromagnetic izolyator (FMI) ilə birlikdə bismut selen (Bi2Se3) TIS hibrid ikiqatlı heterokeçidləri engineering. TI yaxınlığında FMI müəyyən spin istiqamətləri interface yaxın bir nazik qat israf-free, spin-polarize (yəni maqnit) elektron axını imkan verir. Bu yaratmaq çətindir, baxmayaraq ki, nikah qarşılıqlı maqnit əlaqələr təşkil Lauter bildirib.

"İlk problem sistemi inkişaf edir", deyə o bildirib. "İkinci Onun magnetism-- kiçik maqnetik siqnalları iki materialları arasında gizli zaman nə etmək asan bir şey ölçmək üçün deyil."

Bu halda təxminən 17 kelvins (17 K) bir temperatur, və ya mənfi - toplu EUS özü aşağı Curie temperatur (TC), bir material ferromagnetic davranış nümayiş itirdiyi temperatur məhdud ki, müəyyən bir problem təqdim edir 430 dərəcə də elektron cihazlar üçün uyğun otaq temperaturunda aşağıdakı Fahrenheit.

gizli maqnit siqnalları müəyyən etmək üçün, Lauter SNS beam line 4A on Magnetism Reflectometer aləti bir polarized neytron Reflectometry (PNR) texnika istifadə. Neytronlar çünki magnetism onların həssaslıq və struktur və maqnit dərinliyi anket açıqlayan bir nondestructive moda materialları keçmək üçün onların fitri qabiliyyəti aşkar bu növü üçün yaxşı uygundur. Eyni zamanda, PNR bu materialları maqnit momentlərinin mütləq dəyər ölçmək bilər yeganə texnika çünki Bi2Se3-EUS interfeys təhsil üçün idealdır.

ilk nümunəsi ölçmələr Oradan də 16,6 K. EUS Tc aşağıdakı 5 K alındı, Lauter 25 K başlayan Tc yuxarıda ölçmələr etdi, və onun sürpriz etmək, sistem hələ yüksək maqnit idi.

"Bu olduqca gözlənilməz oldu. Bu temperatur yuxarıda [16.6 K] sistemində heç bir şey maqnit olmalıdır" Lauter bildirib. "Mən sonra 35 K 50 K ölçülür və hələ maqnit idi. Mən bir neçə nöqtədə otaq temperaturunda [300 K 80 F] qədər bütün yol qiymətləndirilir və kiçik magnetization hələ mövcud olduğunu gördüm."

Lauter magnetism səviyyədə daha onun 5 K dəyəri ilə müqayisədə 10 amil daha azalır otaq temperaturunda qeyd edir. Buna baxmayaraq, o deyir ki, heç bir magnetism TI interfeysi olmadan 50 K yuxarıda EUS qat aşkar nəzərə alaraq əhəmiyyətli qalır.

nəticələr əsaslandırmaq üçün, sonrakı ölçmə müxtəlif qalınlığı birləşməsi ilə müxtəlif nümunələri istifadə edərək alındı. təcrübələr boyunca, neytron ferromagnetism interfeys Bi2Se3 daxil təxminən 2 nanometr uzanır ki, aşkar.

"Bu kəşf spintronic cihazlar layihələndirilməsi üçün yeni qapılar aça bilər" Lauter bildirib. kvant kompüterlər üçün potensial bloklar - "Tis in Ferromagnetic yerüstü dövlətlər də belə Majorana fermions kimi ekzotik hadisələrin ortaya imkan düşünülür.

"Bunlar bu gün bilirik yalnız xassələri və biz hətta daha çox tapmaq üçün davam edirik."