Ученые нашли способ тонко управлять магнетизмом в сверхтонких материалах — это может привести к созданию более быстрых, компактных и энергоэффективных устройств. В центре исследования — материал CrPS₄, толщиной всего в несколько атомов.

Команда из Эдинбургского университета, Бостонского колледжа и Университета Бингемтона обнаружила, что внутри этого полупроводника можно контролировать магнитные свойства без сложных многослойных структур. Обычно для этого приходится комбинировать разные материалы, но здесь все иначе — слои атомов в CrPS₄ сами формируют области с разными магнитными характеристиками.

Используя передовые методы визуализации и компьютерное моделирование, ученые смогли рассмотреть, как эти области взаимодействуют на границах слоев. Техника магнитометрии на азотных вакансиях (NV) работает как сверхчувствительный микроскоп: алмазные сенсоры фиксируют даже слабые магнитные поля.

Главное открытие — магнитное поведение можно включать и выключать, просто меняя расположение слоев. Это похоже на переключение тумблера, причем процесс полностью обратим.

Области внутри CrPS₄ выстраиваются, как полосы на шоссе, — объясняет доктор Элтон Сантос из Эдинбургского университета. — Граница между ними создает идеальный интерфейс, что позволяет управлять магнетизмом с невероятной точностью.

Почему это важно

• Упрощает проектирование энергоэффективной электроники.
• Открывает путь к миниатюрным чипам памяти и датчикам нового поколения.
• Потенциально применимо в квантовых вычислениях.

Материал стабилен на воздухе и удобен в работе, что делает его перспективным не только для лабораторий, но и для промышленности.

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Этот метод может кардинально изменить производство электроники:

• Память устройств станет плотнее — больше данных в меньшем объеме.
• Энергопотребление снизится, так как перемагничивание будет требовать меньше энергии.
• Гибкость дизайна — материалы вроде CrPS₄ позволяют настраивать свойства «на лету», что полезно для адаптивных сенсоров или логических схем.

Особенно интересно применение в спинтронике  (где информация передается спинами электронов, а не их зарядом) и квантовых технологиях — стабильные магнитные интерфейсы критичны для кубитов.

Хотя исследование впечатляет, CrPS₄ — пока лабораторный материал. Для массового внедрения нужно:

• Убедиться, что он масштабируется до промышленных объемов.
• Проверить долговечность магнитных свойств при циклических нагрузках.
• Снизить стоимость производства — сейчас методы синтеза ультратонких слоев дороги.

Ранее ученые нашли способ менять магнетизм одним касанием.