纳米材料磁性诱导技术

1903年，德国采矿工程师和化学家卡尔·路德维希·大卫·弗里德里希·赫斯勒发表了第一个以他的名字命名的金属间合金类的描述。今天，他可能会为这些合金在21世纪计算机领域的重要性感到兴奋。

赫斯勒化合物具有可调谐的磁性和电子性质，有可能使独特类型的电子器件具有超越硅基晶体管的功能。工程师们威斯康星大学麦迪逊分校发现了一种在这些有前途的材料中诱导磁性的技术。

研究人员已经制造出一种Heusler化合物钆-铂-锑的独立薄膜。通过机械拉伸，他们可以在薄膜中诱导磁性。

“我们知道这种材料具有类似的晶体结构和组成，与那些表现出有趣的磁性、拓扑和铁电性质的材料相似，”密歇根大学的助理教授杰森·川崎(Jason Kawasaki)说材料科学与工程他领导了这项研究。“我们的期望是，只需以应变的形式进行一点踢踢，我们就可以诱导磁有序。但是对晶体和薄膜施加应变的传统方法是相当有限的。”

这就是为什么他和他的合作者决定尝试这项新技术。研究人员正在寻找硅以外的具有不同性质的新材料，包括磁性，以推进下一代计算。大部分研究都集中在薄膜上，即只有几纳米厚的晶体材料层。

一般来说，研究人员通过一种称为薄膜外延的工艺，将这些材料沉积在晶体基底上。在大多数情况下，薄膜与刚性衬底结合，使其难以通过弯曲或拉伸来机械应变。为了生产一种独立的可以被强调的赫斯勒化合物，川崎和他的团队转向了一种依赖于二维材料石墨烯的技术。

简而言之，研究人员制作了一个材料三明治，然后将其解构。合作者、材料科学与工程教授迈克尔·阿诺德合成了一层高质量的石墨烯。Kawasaki的小组将其转移到氧化铝(蓝宝石)衬底上，然后使用外延将钆-铂-锑赫斯勒化合物沉积在石墨烯上。石墨烯可以让赫斯勒化合物与蓝宝石相互作用，形成薄膜晶体结构，同时也可以让研究小组将化合物从基底上剥离，形成独立的薄膜。

因此，研究人员可以拉伸薄膜——在这种情况下，通过弯曲薄膜，在材料中引起波纹。通过控制波纹的大小，他们可以调整薄膜的磁性。

在未来，他们希望对这一过程进行微调。博士生杜冬雪说:“石墨烯的质量很难控制，我们仍在寻找更好的方法来生长具有单一取向的晶体石墨烯。”“此外，我们可以优化薄膜的生长和质量，这样我们就可以更准确地控制波纹高度。”

未来的一个希望是，这种赫斯勒薄膜或其他变体可以取代随机存取存储器(RAM)中的硅半导体，RAM是计算机中的高速短时存储器。目前，RAM是不稳定的，这意味着当电源关闭时，它会丢失所有信息。然而，使用像赫斯勒化合物这样的铁磁或铁电材料将使RAM更加节能、更快和不易挥发，这意味着即使断电也可以存储数据。

“我们可以设想有许多应用，因为这些化合物表现出相互竞争的微妙平衡。只需以张力的形式轻轻一踢，我们就可以打破这种平衡，从而引起性质的巨大变化，”川崎说。“最根本的挑战是如何以所需的原子级精度培育这些材料。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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