Международная исследовательская группа под руководством Forschungszentrum Jülich добилась беспрецедентной точности в визуализации магнетизма внутри твёрдых тел. Используя недавно разработанный метод, учёные смогли визуализировать мельчайшие строительные блоки магнетизма непосредственно на атомном уровне. Они опубликовали свои выводы в журнале Nature Materials.
Магнетизм — неотъемлемая часть нашей повседневной жизни: он используется в электродвигателях, динамиках и накопителях данных современных компьютеров. Он генерируется движением и вращением электронов. Предыдущие методы могли измерять эти свойства лишь частично и часто только на поверхности материалов.
Команда под руководством доктора Хасана Али и профессора Рафала Э. Дунин-Борковского разработала новый метод с использованием современного электронного микроскопа для измерения магнитных свойств с ранее недостижимым разрешением.
Исследователи впервые изучили кристалл железа — один из наиболее известных магнитных материалов. Они сделали удивительное открытие: даже внутри монокристалла соотношение орбитальных и спин-связанных магнитных моментов значительно варьируется от места к месту. Эти тонкие различия оказывают существенное влияние на магнитные свойства и ранее были недоступны для измерения.
«Наша техника позволяет нам визуализировать магнитные свойства внутри материала с атомной точностью», — объясняет доктор Хасан Али, первый автор исследования. «Это позволяет нам наблюдать, как ведут себя движение и вращение электронов в кристаллической решётке».
Дефекты в монокристаллическом оксиде индия, галлия и цинка могут устранить нестабильность отображения
Многие дисплеи, используемые в смартфонах и телевизорах, полагаются на тонкоплёночные транзисторы (TFT), изготовленные из оксида индия, галлия и цинка (IGZO), для управления пикселями. IGZO обладает высокой прозрачностью из-за большой запрещённой зоны (промежутка между валентной и зоной проводимости), высокой проводимости и может работать даже в аморфной (некристаллической) форме, что делает его идеальным для дисплеев, гибкой электроники и солнечных элементов.
Однако устройства на основе IGZO сталкиваются с проблемами долгосрочной стабильности, такими как стресс от освещения с отрицательным смещением, когда длительное воздействие света и электрического напряжения сдвигает напряжение, необходимое для активации пикселей. Эти нестабильности, как полагают, связаны со структурными несовершенствами, которые создают дополнительные электронные состояния, известные как подзонные состояния, которые улавливают носители заряда и нарушают поток тока.
До недавнего времени большинство исследований подзонных состояний были сосредоточены на аморфном IGZO, поскольку образцы достаточно больших монокристаллов IGZO (sc-IGZO) не были доступны для анализа. Однако неупорядоченная природа аморфного IGZO затрудняла точное определение причин электронной нестабильности.
Теперь, используя недавно разработанный метод выращивания высококачественных монокристаллов IGZO, команда под руководством профессора Томохико Сайто из отдела прикладной физики Токийского университета науки (TUS), Япония, впервые подробно рассмотрела, как дефекты на атомном уровне влияют на электронные свойства материала.
Энергоэффективные аппаратные средства искусственного интеллекта на основе сети спиновых волноводов
Стремительный рост приложений искусственного интеллекта предъявляет всё более высокие требования к нашей энергетической инфраструктуре. Тем более важно найти энергосберегающие решения для аппаратных средств искусственного интеллекта. Одной из перспективных идей является использование так называемых спиновых волн для обработки информации.
Команда из университетов Мюнстера и Гейдельберга под руководством физика профессора Рудольфа Братшича (Мюнстер) разработала новый способ производства волноводов, в которых спиновые волны могут распространяться особенно далеко. Они создали крупнейшую на сегодняшний день сеть спиновых волноводов.
Группа также добилась успеха в специальном управлении свойствами спиновой волны, передаваемой в волноводе. Например, они смогли точно изменить длину волны и отражение спиновой волны на определённом интерфейсе. Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.
Спиновые волны уже использовались для создания отдельных компонентов, таких как логические элементы, которые обрабатывают двоичные входные сигналы в двоичные выходные сигналы, или мультиплексоры, которые выбирают один из различных входных сигналов. Однако до сих пор компоненты не были соединены для формирования более крупной схемы.
«Тот факт, что более крупные сети, подобные тем, которые используются в электронике, ещё не были реализованы, частично объясняется сильным затуханием спиновых волн в волноводах, соединяющих отдельные переключающие элементы — особенно если они уже уже тоньше микрометра и, следовательно, находятся на наноуровне», — объясняет Братшич.