Обнаружен новый материал для оптически управляемой магнитной памяти
При изучении сложного материала, состоящего из марганца, висмута и теллура (MnBi2Te4), исследователи поняли, что магнитные свойства материала быстро и легко меняются под действием света. Это означает, что лазер может быть использован для кодирования информации в магнитных состояниях MnBi2Te4.
“Это действительно подчеркивает, как фундаментальная наука может позволить по-новому взглянуть на инженерные приложения”, — сказал Шуолонг Ян, доцент кафедры молекулярной инженерии и старший автор новой работы. “Мы начали с желания разобраться в молекулярных деталях этого материала и в конечном итоге поняли, что он обладает ранее неизвестными свойствами, которые делают его очень полезным”.
В статье, опубликованной в Science Advances, Янг и его коллеги показали, как электроны в MnBi2Te4 конкурируют между двумя противоположными состояниями – топологическим состоянием, полезным для кодирования квантовой информации, и светочувствительным состоянием, полезным для оптического хранения.
В прошлом MnBi2Te4 изучался на предмет его перспективности в качестве магнитного топологического изолятора (MTI), материала, который ведет себя как изолятор внутри, но проводит электричество на внешних поверхностях. Для идеального MTI в пределе 2D возникает квантовое явление, при котором электрический ток течет двумерным потоком по его краям. Эти так называемые “электронные магистрали” обладают потенциалом для кодирования и передачи квантовых данных.
Хотя ученые предсказывали, что MnBi2Te4 сможет пропускать такие электроны, экспериментально работать с этим материалом было сложно.
“Нашей первоначальной целью было понять, почему было так трудно получить эти топологические свойства в MnBi2Te4”, — сказал Янг. “Почему там нет предсказанной физики?”
Чтобы ответить на этот вопрос, группа Янга обратилась к передовым методам спектроскопии, которые позволяют им визуализировать поведение электронов внутри MnBi2Te4 в режиме реального времени в сверхбыстрых временных масштабах. Они использовали фотоэмиссионную спектроскопию с временным и угловым разрешением, разработанную в лаборатории Янга, и сотрудничали с группой Сяо-Сяо Чжана из Университета Флориды для проведения измерений магнитооптического эффекта Керра с временным разрешением (MOKE), который позволяет наблюдать магнетизм.
“Эта комбинация методов дала нам прямую информацию не только о том, как движутся электроны, но и о том, как их свойства связаны со светом”, — объяснил Янг.
Когда исследователи проанализировали результаты своей спектроскопии, стало ясно, почему MnBi2Te4 не является хорошим топологическим материалом. Существовало квазиодномерное электронное состояние, которое конкурировало с топологическим состоянием электронов.
“Существует совершенно другой тип поверхностных электронов, которые заменяют исходные топологические поверхностные электроны”, — сказал Янг. “Но оказывается, что это квазиодномерное состояние на самом деле обладает другим, очень полезным свойством”.
Второе электронное состояние имело тесную связь между магнетизмом и внешними фотонами света — что не нужно для получения чувствительных квантовых данных, но точно соответствует требованиям к эффективной оптической памяти.
Для дальнейшего изучения этого потенциального применения MnBi2Te4 группа Янга в настоящее время планирует эксперименты, в которых они используют лазер для манипулирования свойствами материала. Они считают, что оптическая память с использованием MnBi2Te4 может быть на порядки эффективнее, чем типичные современные электронные запоминающие устройства.
Янг также отметил, что лучшее понимание баланса между двумя электронными состояниями на поверхности MnBi2Te4 могло бы повысить его способность действовать как MTI и быть полезным в квантовом хранении данных.
“Возможно, мы могли бы научиться настраивать баланс между исходным, теоретически предсказанным состоянием и этим новым квазиодномерным электронным состоянием”, — сказал он. “Это могло бы быть возможно за счет контроля условий нашего синтеза”.
Сообщение Обнаружен новый материал для оптически управляемой магнитной памяти появились сначала на Время электроники.