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新一代3D存储突破!科学家设计出首个带有非束缚磁荷的3D人工自旋冰晶格

前瞻网    2021-08-16 14:04

 

三维纳米网络在光子学、生物医学、自旋电子学等领域有着广泛的应用,预示着现代固体物理学的新纪元。三维磁性纳米架构的实现可以实现超高速、低耗能的数据存储设备。

在这些系统中,由于相互竞争的磁相互作用,磁荷或磁单极子就会出现,它们可以被用作移动的二元信息载体。维也纳大学的研究人员现在设计出了第一个带有非束缚磁荷的3D人工自旋冰晶格。

新一代3D存储突破!科学家设计出首个带有非束缚磁荷的3D人工自旋冰晶格

发表在《npj计算材料》杂志上的结果首次从理论上证明——在新的晶格中,磁单极子在室温下是稳定的,并且可以由外部磁场按需控制。

在一类被称为自旋冰的磁性材料中,可以观测到出射磁单极子。然而,它们的原子尺度和稳定性所需要的低温限制了它们的可控性。这导致了二维人工自旋冰的发展,其中单个原子矩被排列在不同晶格上的磁性纳米岛取代。

这种扩大使得研究突现磁单极子的平台更容易接近。反转特定纳米岛(nano-islands)的磁性方向,使单极子进一步传播到一个顶点,留下一个痕迹。这条轨迹——狄拉克弦(Dirac Strings),必然储存能量并束缚单极子,限制了它们的流动性。

在维也纳大学Dieter Suess的带领下,Sabri Koraltan和Florian Slanovc周围的研究人员设计了第一个3D人工自旋冰晶格,它结合了原子和2D人工自旋冰的优点。

在与维也纳大学的纳米磁学和Magnonics小组以及美国洛斯阿拉莫斯实验室的理论部门的合作中,利用微磁模拟研究了新的晶格的好处。

在这里,平面二维纳米岛被磁性旋转椭球取代,并使用高度对称的三维晶格。“由于基态的简并,狄拉克弦的张力消失了,解除了磁单极子的束缚,”该研究的第一作者之一萨布里·科拉尔坦(Sabri Koraltan)说。研究人员将这项研究进一步推进,在他们的模拟中,一个磁单极子通过施加外部磁场传播到晶格中,展示了它作为信息载体在三维磁性纳米网络中的应用。

Sabri Koraltan补充说:“我们利用三维空间和新晶格的高度对称性,来解开磁单极子,并像真正的电子一样将它们移动到想要的方向。”另一位第一作者Florian Slanovc总结道:“单极子在室温及以上温度下的热稳定性,可以为突破性的新一代3D存储技术奠定基础。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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