Les chercheurs de Cornell sont devenus les premiers à contrôler des aimants atomiquement minces avec un champ électrique, une percée qui fournit un modèle pour produire un stockage de données exceptionnellement puissant et efficace dans des puces informatiques, entre autres applications.

La recherche est détaillée dans le document, "Commutation de champ électrique d'aimants de van der Waals bidimensionnels, " Publié dans Matériaux naturels par Jie Shan, professeur de physique appliquée et d'ingénierie; Kin Fai Mak, professeur adjoint de physique; et le chercheur postdoctoral Shengwei Jiang.

En 1966, Le physicien de Cornell David Mermin et son postdoctorant Herbert Wagner ont émis l'hypothèse que les aimants 2D ne pourraient pas exister si les spins de leurs électrons pouvaient pointer dans n'importe quelle direction. Ce n'est qu'en 2017 que certains des premiers matériaux 2-D avec le bon alignement des spins ont été découverts, ouvrant la porte à une toute nouvelle famille de matériaux appelés aimants 2-D van der Waals.

Shan et Mak, qui se spécialisent dans la recherche de matériaux atomiquement minces, a sauté sur l'occasion de rechercher les nouveaux aimants et leurs caractéristiques uniques.

« S'il s'agit d'un matériau en vrac, vous ne pouvez pas facilement accéder aux atomes à l'intérieur, " dit Mak. " Mais si l'aimant n'est qu'une monocouche, vous pouvez y faire beaucoup. Vous pouvez lui appliquer un champ électrique, y mettre des électrons supplémentaires, et qui peut moduler les propriétés matérielles."

En utilisant un échantillon de triiodure de chrome, l'équipe de recherche a décidé de faire exactement cela. Leur objectif était d'appliquer une petite quantité de tension pour créer un champ électrique et contrôler le magnétisme du composé 2-D, leur donnant la possibilité de l'allumer et de l'éteindre.

Pour y parvenir, ils ont empilé deux couches atomiques de triiodure de chrome avec des diélectriques et des électrodes de grille atomiquement minces. Cela a créé un dispositif à effet de champ qui pourrait inverser la direction du spin des électrons dans les couches de triiodure de chrome en utilisant de petites tensions de grille, l'activation de la commutation magnétique. Le processus est réversible et reproductible à des températures inférieures à 57 degrés Kelvin.

La découverte est importante pour l'avenir de l'électronique car « la majorité des technologies existantes est basée sur la commutation magnétique, comme dans les dispositifs de mémoire qui enregistrent et stockent des données, " dit Shan. Cependant, les aimants de la plupart des appareils électroniques modernes ne répondent pas à un champ électrique. Au lieu, un courant passe dans une bobine, créant un champ magnétique qui peut être utilisé pour allumer et éteindre l'aimant. C'est une méthode inefficace car le courant crée de la chaleur et consomme de l'énergie électrique.

Les aimants bidimensionnels en triiodure de chrome ont un avantage unique en ce qu'un champ électrique peut être appliqué directement pour activer la commutation, et très peu d'énergie est nécessaire.

"Le procédé est également très efficace car si vous avez une épaisseur nanométrique et que vous n'appliquez qu'un volt, le champ est déjà de 1 volt par nanomètre. C'est énorme, " dit Shan.

L'équipe de recherche prévoit de continuer à explorer les aimants 2D et espère former de nouvelles collaborations autour du campus, y compris avec des scientifiques et des ingénieurs qui peuvent les aider à trouver de nouveaux matériaux magnétiques 2D qui, contrairement au triiodure de chrome, peut fonctionner à température ambiante.

« Dans un sens, ce que nous avons démontré ici ressemble plus à un concept d'appareil, " a déclaré Mak. "Lorsque nous trouvons le bon type de matériau qui peut fonctionner à une température plus élevée, nous pouvons immédiatement appliquer cette idée à ces matériaux. Mais ce n'est pas encore là."