在用于超高密度数据存储的反铁磁纳米线中捕捉电子

纳米线横截面图示出了纳米线芯中原子之间的相互作用。黄色原子：锗;红色原子：铬;紫色原子围绕着黄色红色连接的外部：硅壳。

电子是我们在学校阅读的本质上的基本颗粒之一。其行为将线索持有新方法来存储数字数据。

在一项关于纳米信件的一项研究中，密歇根州技术大学的物理学家探索替代材料，以提高能力并缩小数字数据存储技术的大小。Michigan Tech的物理学教授Ranjit Pati领导了这项研究，并解释了他团队新的纳米风格设计背后的物理学。

“由于一个名为旋转的财产，电子表现得像微小的磁铁，”Pati说。“类似于酒吧磁铁的磁化是如何偶极的，从南到北方指向，材料中的电子具有磁性偶极力矩向量，描述了材料的磁化。”

当这些载体处于随机取向时，材料是非磁性的。当它们彼此平行时，它被称为铁磁性和反向对准是反铁磁体。当前数据存储技术基于铁磁材料，其中数据存储在小型铁磁结构域中。这就是为什么足够强大的磁铁可以弥补手机或其他电子存储。

数据存储挑战

根据磁化方向（无论是向上或向下），数据被记录为铁磁域中的位（1或0）。然而，有两个瓶颈，并且铰链都在​​接近。首先，将外部磁铁带得太近，其磁场可以改变域中的磁矩的方向并损坏存储装置。并且，第二，每个域每个都有自己的磁场，所以它们也不能彼此靠近。具有更小，更灵活，更通用的电子产品的挑战是，它们要求安全地将铁磁域保持安全地拆分的设备。

“超高密度数据包装将是具有铁磁存储器域的艰巨任务，”Pati表示。“另一方面，反铁磁材料免于这些问题。”

在他们自己的反铁磁材料上对电子设备不太好，但它们不会受到外部磁场的影响。这种抵抗磁操作能力开始更多地从研究界和Pati的团队中使用了一种预测量子的多体理论，以考虑电子 - 电子相互作用。该团队发现具有锗芯和硅壳的铬掺杂纳米线可以是反铁磁半导体。

反铁磁石

最近几个研究组利用电流和激光器证明了在防冻材料中操纵了近磁性状态。他们观察到太赫兹频率的自旋动力学 - 比我们当前数据存储设备中使用的频率快得多。这种观察结果已经开辟了反铁磁性的过多的研究兴趣，并可能导致更快，更高的数据存储。

“在我们最近的工作中，我们已经成功地利用了反霉素的迷恋特征在不破坏纳米线的半导体性质的情况下将反霉素的互补金属氧化物兼容半导体（CMOS）纳米线进行了利用，”Pati表示。“这为较小和更智能的电子设备提供了更高容量数据存储和操作的可能性。”

Pati补充说，他的团队的最令人兴奋的部分是揭示了决定反铁磁石的机制。该机构称为超速，它控制电子的旋转和反向对准，使其成为反铁磁体。在球队的纳米线中，锗电子作为在未连接的铬原子之间的交换器之间的作用。

“铬原子的磁性态之间的相互作用由它们键合的中间原子介导。这是一个合作磁力现象，“Pati说。“以一种简单的方式，让我们说有两个人A和B：它们相隔甚远，无法直接沟通。但是一个有朋友C和B有一个朋友D. C和D是亲密的朋友。所以，A和B可以间接地通过C和D互动。“

更好地了解电子之间的电子通信是如何测试更多的实验来测试铬掺杂纳米线的材料的电位。更好地了解锗 - 硅纳米线材料的反铁磁性质是促进更小，更智能，更高的容量电子的潜力。

参考：“CR掺杂的GE-Core / Si-Shell纳米线：2021年2月12日的Sandip Aryal，Durga Paudyal和Ranjit Pati，Durga Paudyal和Ranjit Pati，Nano Letters.Doi：
10.1021 / ACS.NANOLETT.0C04971.