Гетероструктуры (называемые Ван-дер-Ваальсовыми {VdW}) привлекают большое внимание благодаря своим разнообразным физическим и химическим свойствам. Гетероструктура VdW собирается путем наложения двух или более различных 2D полупроводниковых кристаллов друг на друга. Конструкция выращивается путем повторения практики, полученная стопка представляет собой искусственный материал, построенный в определенной последовательности, наподобие блоков Lego. Эти материалы вызывают огромный интерес, поскольку они обладают огромным потенциалом для помощи науке в поиске нового полупроводника, который может заменить кремний, который разлагается и выделяется в естественной среде.
Гетероструктура VdW может преодолеть ограничения 2D-кристаллов и предложить альтернативу для создания более компактных и мощных запоминающих устройств, суперкомпьютеров, управления медициной и улучшенной памяти и графики в портативных устройствах.Электроны внутри полупроводников свободно перемещаются и имеют внутренние состояния или «спины».
Эти спиновые токи демонстрируют магнитный порядок и могут быть настроены для предотвращения рассеивания энергии, которое происходит естественным образом, когда информация обрабатывается с огромной скоростью. Однако не все ВДВ имеют это спиновое состояние; с научной точки зрения известно как антиферромагнитное состояние.
ПАРК Дже-Гын, ученый из CCES, объясняет уникальные качества испытанного материала NiPS3: «Составной трисульфид никеля и фосфора (NiPS3) является магнитомагнитным материалом и является бесценным строительным блоком для проектирования многослойных гетероструктур VdW. " Центр первым получил однослойные и многослойные образцы магнитных ВДВ материалов; результаты закладывают основу для разработки полупроводников будущего, которые будут высокоскоростными, потребляющими мало энергии и очень компактными.Материал VdW, над которым экспериментировала команда IBS, относится к классу трисульфидов фосфора переходных металлов (MPS3) и, что более важно, демонстрирует антиферромагнитный порядок.
При дальнейших разработках он теоретически может заменить кремний как идеальный материал для будущих магнитных полупроводников. Результаты, собранные командой IBS, никогда ранее не представлялись в виде ультратонких листов.
В научной статье группы, опубликованной 15 февраля в Scientific Reports, описывается потенциал их работы как таковой: «Помимо своих и без того удивительных свойств, эти гетероструктуры и сверхрешетки VdW могут демонстрировать еще более экзотическое поведение. В частности, при разработке устройств спинтроники. , Материалы VdW, которые демонстрируют магнитный порядок, были бы весьма желательными строительными блоками ".
Методы CCES Яркое будущее для 2D-материаловИспользуя хорошо зарекомендовавшую себя технику скотча, корейская команда отслоила чешуйки NiPS3 на кремнии, покрытом оксидом кремния (SiO2). Полученный материал был подвергнут интенсивной бомбардировке лазером высокой интенсивности: процессу, называемому рамановской спектроскопией, предназначенный для получения конкретной информации о молекулярных колебаниях.
Другие формы атомного сканирования были выполнены, чтобы выяснить, насколько атомный состав NiPS3 отличается от его основной формы: MPS3. Команда зафиксировала резкие различия в спектрах комбинационного рассеяния тонкого NiPS3 из массивного материала, и спектры комбинационного рассеяния четко различались между листами с разным количеством слоев.
Согласно статье, эти результаты показывают, что «ключевое значение наших результатов состоит в том, что объемные соединения MPS3 обладают магнетизмом, а антиферромагнитное упорядочение, на которое сильно влияет межслойное взаимодействие, как известно, имеет место при умеренно низких температурах». До сих пор получение магнитных однослойных оксидных материалов было довольно дорогостоящим, поскольку для этого требовалось высокопроизводительное устройство, а сам материал с меньшей вероятностью был коммерчески доступен для технического использования.Это исследование демонстрирует, что однослойный магнитный материал может быть получен с использованием магнитного атома, такого как никель (Ni), а также многих других магнитных атомов, таких как железо (Fe).
Работа группы IBS ориентировочно закладывает основы для будущих исследований материалов с спиновой памятью. Исследования непрерывно движутся нашим коллективным научным любопытством; мы находимся в пределах досягаемости точного контроля над электронами и атомами, что знаменует собой новую эру научных исследований. Следующая задача исследовательской группы — получить магнитный однослойный материал при умеренной температуре.
Если им это удастся, это будет очень важный шаг в коммерциализации магнитных полупроводников.