計(jì)算機(jī)中的信息通過(guò)電子的運(yùn)動(dòng)在半導(dǎo)體中傳輸并存儲(chǔ)在磁性材料的電子自旋方向上。為了縮小設(shè)備并同時(shí)提高其性能，研究人員正在尋找結(jié)合這兩種量子特性的獨(dú)特材料。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月5日，哥倫比亞大學(xué)的一個(gè)化學(xué)家和物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《自然-材料》上發(fā)文介紹了其在一種名為CrSBr（全稱(chēng)chromium sulfide bromide）的材料中，電子傳輸和磁性之間存在著緊密聯(lián)系。

在化學(xué)家Xavier Roy的實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造的CrSBr是一種范德瓦耳斯晶體，其可以被剝離成可堆疊的二維層，只有幾個(gè)原子那么薄。跟那些很快被氧氣和水破壞的相關(guān)材料不同，CrSBr晶體在環(huán)境條件下是穩(wěn)定的。這些晶體還能在相對(duì)較高的-280F溫度下保持其磁性，并避免了對(duì)冷卻到-450F溫度的昂貴液氦的需求。

羅伊實(shí)驗(yàn)室的博士后Evan Telford說(shuō)道：“CrSBr比其他二維磁體要容易得多，這讓我們能夠制造出新穎的設(shè)備并測(cè)試它們的特性?！睋?jù)悉，Telford于2020年從哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)博士畢業(yè)。去年，其在華盛頓大學(xué)的同事Nathan Wilson和Xiaodong Xu及哥倫比亞大學(xué)的Xiaoyang Zhu發(fā)現(xiàn)了磁性和CrSBr對(duì)光的反應(yīng)之間的聯(lián)系。在目前的研究工作中，Telford領(lǐng)導(dǎo)了探索其電子特性的努力。

研究小組使用電場(chǎng)來(lái)研究不同電子密度、磁場(chǎng)和溫度下的CrSBr層–不同的參數(shù)可以被調(diào)整以在材料中產(chǎn)生不同的效果。而隨著CrSBr的電子特性的改變，它的磁性也在改變。

“半導(dǎo)體有可調(diào)整的電子特性。磁體具有可調(diào)整的自旋構(gòu)型。在CrSBr中，這兩個(gè)旋鈕是結(jié)合在一起的，”Roy說(shuō)道，“這使得CrSBr對(duì)基礎(chǔ)研究和潛在的自旋電子學(xué)應(yīng)用都有吸引力?！?/p>

Telford表示，磁性是一個(gè)很難直接測(cè)量的屬性，特別是當(dāng)材料的尺寸縮小的時(shí)候，但用一個(gè)叫做電阻的參數(shù)來(lái)測(cè)量電子如何移動(dòng)是非常容易的。在CrSBr中，電阻可以作為其他無(wú)法觀察到的磁性狀態(tài)的代理?！斑@非常強(qiáng)大，特別是當(dāng)研究人員期待著有一天用這種二維磁體制造芯片時(shí)，它可以用于量子計(jì)算并在一個(gè)小空間里存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，”Roy說(shuō)道。

該材料的電子和磁性能之間的聯(lián)系是由層中缺陷造成，對(duì)此，Telford表示，對(duì)于該團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)幸運(yùn)的突破?！叭藗兺ǔＯ胍M可能‘最干凈’的材料。我們的晶體有缺陷，但如果沒(méi)有這些缺陷我們就不會(huì)觀察到這種耦合作用?！?/p>

眼下，Roy實(shí)驗(yàn)室正在試驗(yàn)如何創(chuàng)造帶有故意缺陷的可剝落范德瓦耳斯晶體以提高微調(diào)材料特性的能力。他們還在探索不同的元素組合是否能在更高的溫度下發(fā)揮作用并同時(shí)仍保留那些有價(jià)值的組合特性。