Відкриття «повільних» електронів у 2D-матеріалі може привести до створення нових пристроїв пам'яті

Науковці зі Школи молекулярної інженерії ім. Пріцкера при Чиказькому університеті (UChicago PME) виявили нетиповий квантовий ефект у двовимірному матеріалі Fe₅GeTe₂. Електрони в ньому утворюють впорядкований стан та рухаються колективно й надзвичайно повільно, зберігаючи при цьому квантову когерентність.

Результати дослідження, опубліковані в журналі Science Advances, спростовують попередні теоретичні моделі та відкривають нові можливості для створення високоефективних систем збереження даних.

Матеріал Fe₅GeTe₂ належить до класу так званих ван-дер-ваальсових магнітів. Завдяки своїй атомарно тонкій шаруватій структурі такі матеріали вважаються перспективною альтернативою традиційній магнітній пам'яті.

Досліджуючи поверхню матеріалу за допомогою фотоелектронної спектроскопії з кутовим розділенням (ARPES) та ультрафіолетового лазера, сфокусованого до 10 мкм, команда під керівництвом доцента Шуолона Яна (Shuolong Yang) виявила так звану плоску електронну зону (flat band).

У цьому стані електрони не пересуваються вільно та швидко, як у звичайних провідниках, а рухаються узгоджено й сповільнено.

«Ми вимірюємо не один електрон, а взаємодію тисяч або мільйонів електронів, які рухаються разом у когерентний спосіб. Це квантовий багаточастинковий феномен (many-body phenomenon), і це справді дивовижне явище», - пояснив Шуолон Ян.

Це відкриття показує, що магнітні взаємодії всередині матеріалу кардинально відрізняються від того, що передбачала теорія. На практиці наявність кількох стійких магнітних та електронних станів дозволяє використовувати їх для кодування інформації (запису нулів та одиниць).

Наразі дослідники вже працюють над перемиканням між цим квантовим багаточастинковим станом та іншими фазами за допомогою мікросфокусованого лазера, демонструючи практичну можливість створення нових типів енергонезалежної пам'яті.

Більшість подібних квантових явищ спостерігаються лише за температур, близьких до абсолютного нуля. Однак у Fe₅GeTe² когерентний відгук зберігався аж до 100 Кельвінів (-173 °C), що є високим показником для аналогічних 2D-систем.

«Якщо ми хочемо використовувати цей матеріал у реальних пристроях пам'яті, він має працювати за кімнатної температури», - зазначив співавтор дослідження Цян Ґао (Qiang Gao).

Наступним кроком науковців стане вивчення властивостей матеріалу під час його розшарування до товщини в один атомний шар, а також пошук способів підвищення робочої температури ефекту.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI