تغییرات کوچک در محتوای آهن، یک ماده حافظه بالقوه را بین حالت های مغناطیسی رقیب قرار می دهد

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تیمی از محققان دانشگاه ییل کشف کرده‌اند که چه چیزی به یک ماده مغناطیسی خواص اسرارآمیز آن را می‌دهد، کشفی که می‌تواند به تقویت حافظه محاسباتی و حوزه «اسپین ترونیک» کمک کند. کار آنها در Physical Review Letters منتشر شده است.

دی سولفید نیوبیم با آهن (Fe2NbS2) ماده ای است که در آن اتم های آهن در شکاف های بین لایه های دی سولفید نیوبیم قرار می گیرند. دانشمندان مواد علاقه زیادی به این ماده نشان داده‌اند، زیرا می‌توانند حالت‌های مقاومت آن را با ارسال پالس‌های جریان الکتریکی از طریق آن تغییر دهند.

پروفسور یو هه که این مطالعه را رهبری می کند، می گوید: «این یک چیز بسیار شگفت انگیز است، زیرا معمولا تغییر چنین حالت هایی با جریان الکتریکی با چگالی کم دشوار است. ونسین لی، دکترای دانشجو در آزمایشگاه او، اولین نویسنده است.

این توانایی برای تغییر حالت‌های مقاومت آن به گونه‌ای، ماده را برای اسپینترونیک امیدوارکننده می‌کند، که در آن از اسپین الکترون‌ها برای ذخیره یا دستکاری اطلاعات استفاده می‌شود. این به طور بالقوه می تواند حافظه محاسباتی را در حالی که انرژی بسیار کمتری مصرف می کند، تقویت کند. علاوه بر این، از جمله مزایای دیگر، می تواند به پیشبرد محاسبات کوانتومی و نورومورفیک کمک کند.

با این حال، اینکه دقیقا چه چیزی به این ماده چنین خواص جالبی می دهد، یک راز بوده است.

در حالی که محققان می‌دانستند که این ماده می‌تواند به راحتی حالت‌های مغناطیسی را تغییر دهد، دلیل آن مشخص نبود. پیش از این، محققان در این زمینه از فناوری موسوم به پراکندگی اشعه ایکس برای مطالعه نظم‌های مغناطیسی استفاده می‌کردند. با این حال، الکترون‌های متحرک در آهن‌رباهای فلزی مانند Fe2NbS2 می‌توانند سیگنال‌ها را تضعیف کنند و تعیین قدرت برهمکنش مغناطیسی را دشوار کنند.

برای کشف این معما، لی از فناوری موسوم به طیف‌سنجی نوری با تفکیک زاویه‌ای (ARPES) برای مشاهده دقیق فعالیت الکترون‌ها استفاده کرد که اساسا خواص الکتریکی و مغناطیسی را تعیین می‌کند. این یک راه مکمل برای بررسی فعل و انفعالات الکترونیکی که واسطه مغناطیس است فراهم می کند.

چیزی که تیم دریافتند این بود که نسبت آهن به دی سولفید نیوبیم برای نحوه برهمکنش الکترون های هر ماده با یکدیگر بسیار مهم است. هنگامی که ماده از یک سوم آهن تشکیل شده است، حالت های الکترونیکی باریک مشتق از آهن به شدت با حالت های مشتق شده از نیوبیم مخلوط می شود، فرآیندی که به عنوان هیبریداسیون شناخته می شود.

بیش از یک سوم غلظت آهن، حالت های مشتق شده از آهن انسجام و همراه با آن، توانایی خود را برای هیبرید شدن با نیوبیم از دست می دهند. کاهش حاصل در اتصال مغناطیسی بین لایه‌های اتمی تعادل دو حالت مغناطیسی رقیب را تغییر می‌دهد که منجر به رفتار تغییر مقاومت منحصر به فرد ماده می‌شود.

او، استادیار فیزیک کاربردی گفت: "شما فقط باید نسبت اتمی آهن به نیوبیم را 2٪ به 3٪ تغییر دهید و سپس حالت مغناطیسی کاملا تغییر می کند."

"ویلیام بلیک در مورد دیدن "دنیایی در یک دانه شن" نوشت. برای من، هیجان این کار باعث می شود که این ارتباط ملموس شود." ما از گسیل نوری استفاده کردیم تا مستقیما نحوه تعامل حالت‌های الکترونیکی در مقیاس اتمی را نشان دهیم و ردیابی کردیم که چگونه این فعل و انفعالات رفتار مغناطیسی و الکترونیکی یک کریستال را شکل می‌دهند.

در ادامه، این تیم گفت که می‌توانند از همین روش برای کمک به بررسی منشأ الکترونیکی مغناطیس در سایر آهن‌رباهای فلزی استفاده کنند، جایی که روش‌های معمول پراکندگی پرتو ایکس یا نوترون کوتاهی می‌کنند.

ونکسین لی و همکاران، منشأ الکترونیکی آنتی فرومغناطیس ظریف در Fe2NbS2، Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/99yr-nqbx. در arXiv : arxiv.org/abs/2509.03327

اطلاعات مجله: Physical Review Letters , arXiv

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →