Атом неодима — возможный центральный элемент устройств молекулярной спинтроники

Использование магнитных молекул для обработки быстро растущих объемов данных — вместо традиционных электронных компонентов, таких как диоды или транзисторы, сегодня рассматриваются как возможное решение проблемы сокращения глобального потребления энергии информационными и коммуникационными технологиями.

Междисциплинарный коллектив ученых из Юлиха и Ахена (Германия) впервые получил весьма перспективные магнитные молекулы, позволяющие осуществлять непосредственное считывание магнитных данных.

Центральным элементом таких молекул выступает редкоземельный металл неодим. Другой компонент — фталоцианин — встречается в природе как растительный пигмент. Он отличается высокой стабильностью и эффективно защищает магнитное состояние центральных редкоземельных атомов от воздействия окружающей среды.

Более ранние попытки электрического считывания магнитного состояния подобных молекул закончились безрезультатно, поскольку они электрически контактировали между собой, и ток не испытывал воздействия магнитной структуры.

Для выбора подходящего редкоземельного металла исследователи сначала проанализировали распределение электронов вокруг атома. Магнитную (спинтронную) структуру создают только некоторые из электронов. Они должны располагаться достаточно глубоко в окружающем атом электронном «облаке», чтобы не реагировать на изменения внешней среды. И в то же время, глубина должна быть не настолько большой, чтобы мешать взаимодействию с электронами, проводящими ток. Неодим удовлетворил этим требованиям, поскольку этот элемент самый легкий среди лантанидов и его электроны образуют наиболее крупное облако.

«В неодим фталоцианине те же электроны, что создают намагниченность, вовлечены в электронный транспорт», — объясняет доктор Даниэль Бюрглер (Daniel Bürgler) из Forschungszentrum Jülich и Jülich Aachen Research Alliance. Исследователи смогли продемонстрировать это, сопоставляя данные моделирования с результатами эксперимента.

Итоги работы изложены в онлайновой публикации в журнале Nature Communications.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI