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3D磁性纳米网络以实现超快速和低能量的数据存储设备
时间:2021-08-16 08:57:04

3D纳米网络有望成为现代固态物理学的一个新时代,在光子学、生物医学和自旋电子学方面有许多应用。三维磁性纳米结构的实现可以实现超快速和低能量的数据存储设备。由于这些系统中相互竞争的磁相互作用,可以出现磁电荷或磁单极,它们可以作为移动的、二进制的信息载体使用。

维也纳大学的研究人员现在已经设计出了第一个承载非结合磁电荷的三维人工自旋冰晶格。发表在《npj计算材料》杂志上的研究结果首次从理论上证明,在新的晶格中,磁单极在室温下是稳定的,并且可以被外部磁场按需引导。

在一类被称为自旋冰的磁性材料中观察到了新兴的磁单极。然而,原子尺度和其稳定性所需的低温限制了其可控性。这带来了二维人工自旋冰的发展,其中单原子矩被排列在不同格子上的磁性纳米片所取代。规模的扩大允许在更容易获得的平台上研究出现的磁单极。颠倒特定纳米岛的磁取向,使单极子进一步传播一个顶点,留下一个痕迹。这种痕迹,即狄拉克弦,必然会储存能量并束缚单极子,限制其流动性。

Sabri Koraltan和Florian Slanovc周围的研究人员,在维也纳大学Dieter Suess的领导下,现在已经设计出了第一个三维人造自旋冰晶格,结合了原子和二维人造自旋冰的优点。

在与维也纳大学的纳米磁学和磁学小组以及美国洛斯阿拉莫斯实验室理论部的合作中,利用微电磁模拟研究了这种新晶格的优点。在这里,平坦的二维纳米片被磁性旋转椭圆体所取代,并使用了高对称性的三维晶格。该研究的第一作者之一Sabri Koraltan说:"由于基态的退行性,狄拉克弦的张力消失了,解除了对磁单极的约束。"研究人员将该研究进一步推进到下一步,在他们的模拟中,一个磁单极通过施加外部磁场在晶格中传播,证明了其作为信息载体在三维磁纳米网络中的应用。

Sabri Koraltan补充说:"我们利用新晶格中的第三维和高对称性来解除磁单极的束缚,并在所需的方向上移动它们,几乎像真正的电子一样。"另一位第一作者Florian Slanovc总结说:"单极子在室温及以上的热稳定性可以为突破性的新一代三维存储技术奠定基础。"

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