ตระหนักถึงสารกึ่งตัวนำแม่เหล็ก 2D ที่อุณหภูมิห้อง

การสะกดจิตในผลึกนาโนที่บางเฉียบเป็นหนทางใหม่สำหรับฟิสิกส์ใหม่และการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นในยุคต่อไป อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาน้อยมากเกี่ยวกับการสร้างเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก 2 มิติ โดยที่อุณหภูมิของคูรีสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อม

ตระหนักถึงสารกึ่งตัวนำแม่เหล็ก 2D ที่อุณหภูมิห้อง,,ศึกษา. แผ่นนาโนเฟอร์ไรท์บางเฉียบสำหรับเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กสองมิติที่อุณหภูมิห้อง เครดิตภาพ: Gorodenkoff/Shutterstock.com

การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications มุ่งเน้นไปที่การผลิตแผ่นนาโนเฟอร์ไรต์เซมิคอนดักเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความเสถียรในอากาศจนถึงความหนาของเซลล์หนึ่งหน่วยโดยใช้เทคนิคการสะสมไอเคมีอย่างง่าย (CVD)

วัสดุสองมิติ (2D) สำหรับการใช้งานแม่เหล็ก

เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ ประสิทธิภาพที่โดดเด่น และความหนาบางเฉียบ วัสดุสองมิติ (2D) ซึ่งครอบคลุมขั้นตอนทางไฟฟ้าและฟังก์ชันเกือบทั้งหมดของวัสดุที่เป็นผลึก จึงดึงดูดความสนใจของนักวิจัยจำนวนมาก ลำดับแม่เหล็ก 2 มิติที่เกี่ยวข้องกับความผันผวนของการหมุนในลักษณะสำคัญสามารถพบได้ในฟิล์มบางของวัสดุ 2 มิติหลายขนาดในระดับอะตอม

วัสดุดังกล่าวปูทางไปสู่ความเป็นไปได้ใหม่ๆ เช่น การตรวจจับแม่เหล็กไฟฟ้าและการจัดเก็บข้อมูล วัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก 2 มิติต้องมีสถานะแม่เหล็กภายในที่มีความเสถียรที่อุณหภูมิแวดล้อมหรือสูงกว่าเพื่อสร้างระบบเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานได้จริง เซ็นเซอร์แม่เหล็กที่ทำจากเหล็กออกไซด์และโครเมียมเทลลูไรด์หลายชั้นเป็นตัวบ่งชี้ความคืบหน้าในด้านนี้

อย่างไรก็ตาม เซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก 2 มิติที่อุณหภูมิห้องซึ่งมีศักยภาพทางเทคนิคที่น่าสนใจสำหรับการกรองแบบหมุนและการคำนวณด้วยแม่เหล็กนั้นไม่ได้เป็นจุดสนใจของการวิจัยมากนัก

แผ่นนาโนเฟอร์ไรท์โคบอลต์สำหรับสารกึ่งตัวนำแม่เหล็ก 2 มิติแบบใหม่

ต่างจากวัสดุ 2D ทั่วไป ลักษณะของโลหะทรานซิชันออกไซด์ที่ซับซ้อน เช่น การนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงและเฟอร์โรแมกเนติกที่โดดเด่น ถูกกำหนดโดยสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องที่หลากหลาย

อย่างไรก็ตาม โครงสร้างต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีค่าแม่เหล็กเกือบเป็นศูนย์ แม้จะอยู่เหนืออุณหภูมิแวดล้อมอย่างมาก ก็ยังจำกัดการใช้งานจริงอย่างมาก

ในทางกลับกัน กลุ่มสปิเนล (แม่เหล็ก) ซึ่งเป็นกลุ่มออกไซด์เชิงซ้อนที่มีนัยสำคัญอีกกลุ่มหนึ่ง มักแสดงอุณหภูมิลำดับของเฟอร์โรแมกเนติกที่สูงมาก แม่เหล็กสุทธิที่มีนัยสำคัญ และลักษณะทางเคมีที่เสถียร นาโนชีตโคบอลต์เฟอร์ไรต์แตกต่างจากสปิเนลเฟอร์ไรต์เนื่องจากมีการกระจายตัวของแม่เหล็กขนาดใหญ่และสถานะสมดุล

อย่างไรก็ตาม การผลิตแผ่นนาโนเฟอร์ไรต์เชิงซ้อนที่ไม่ใช่ van der Waals ที่เป็นที่ต้องการนั้นยังอยู่ในระยะเริ่มต้นเนื่องจากลักษณะพันธะทางเคมีของพวกมัน ซึ่งจะป้องกันการสลายทีละชั้นและการพัฒนาแบบ 2D anisotropic ส่งผลให้ต้องใช้วิธีการที่ง่ายและปรับขนาดได้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กที่มีต้นทุนต่ำและอุณหภูมิห้องเพื่อความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านนี้

จุดเด่นของการศึกษาในปัจจุบัน

ในงานนี้ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าข้อต่อ Van der Waals สามารถใช้เพื่อสร้างนาโนชีตโคบอลต์เฟอร์ไรต์ประสิทธิภาพสูงเป็นเซลล์หน่วยเดียวสำหรับใช้ในเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก 2 มิติใหม่

การใช้แท่น Van der Waals และสถานการณ์ที่จำกัดช่วยให้เกิดพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างสารเคลือบและแท่นเพื่อควบคุมการเกิดผลึกโดยวิธี CVD วิธีนี้ยังสามารถใช้เพื่อสร้างแท่งนาโนเฟอร์ไรต์ประเภทนิลชนิดอื่นๆ ได้อีกด้วย

การทดลองทางไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่านาโนชีตโคบอลต์เฟอร์ไรต์มีลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์โดยธรรมชาติและกิจกรรมสวิตชิ่งที่แข็งแกร่ง ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง

เครื่องวัดขนาดตัวอย่างแบบสั่น (VSM), เอฟเฟกต์เคอร์แม่เหล็กแบบออปติคัล (MOKE) และกล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็ก (MFM) ถูกนำมาใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงกิจกรรมแม่เหล็กที่แข็งและการพัฒนาพื้นที่แม่เหล็กในแหล่งกำเนิดในนาโนชีตโคบอลต์เฟอร์ไรต์

ผลการวิจัยที่สำคัญ

นักวิจัยได้สร้างแผ่นนาโนเฟอร์ไรต์โคบอลต์หนึ่งเซลล์ที่มีความลึกโดยใช้เทคนิคการตกสะสมของ van der Waals ที่มีความเสถียรและได้รับการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของคุณลักษณะ ferromagnetic ที่อุณหภูมิห้องสำหรับเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก

การวิเคราะห์ VSM, MFM และ MOKE แสดงให้เห็นว่านาโนชีตโคบอลต์เฟอร์ไรต์ที่เป็นผลลัพธ์มีอุณหภูมิ Curie มากกว่า 390 K และมีผลกับขนาดที่มีนัยสำคัญ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง

การแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้องของแผ่นนาโนเฟอร์ไรต์บางเฉียบเปิดประตูสู่การพัฒนาปรากฏการณ์ควอนตัมใหม่และการกำหนดค่าอุปกรณ์ นอกจากนี้ยังเป็นแรงผลักดันใหม่สำหรับการแสวงหาผลึกแม่เหล็กอื่นๆ ที่ขาดวัสดุ 2D ที่มีอยู่

มุมมองในอนาคต

เช่นเดียวกับโครงสร้างแบบเลเยอร์ใหม่ใดๆ การถ่ายโอนสารกึ่งตัวนำแบบแม่เหล็กใหม่จากห้องปฏิบัติการไปยังโรงงานตามที่อธิบายไว้ในงานนี้จำเป็นต้องมีการสร้างสเกลเวเฟอร์และการผลิตอุปกรณ์ที่ทำซ้ำได้ งานนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของเทคนิคการตกสะสมของ van der Waals ในแผ่นนาโนเฟอร์ไรต์บางเฉียบ และแสดงให้เห็นว่าสภาพการเจริญเติบโตที่เปลี่ยนแปลงไปนั้น เป็นไปได้ที่จะปรับปรุงความครอบคลุมของนาโนชีตเฟอร์ไรท์บนเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก

จากผลลัพธ์เหล่านี้ การพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก 2D ที่อุณหภูมิห้องที่ไม่เหมือนใครนั้นคาดว่าจะเพิ่มการเลือกวัสดุ 2D ในปัจจุบันได้อย่างมากและขยายศักยภาพในการใช้งานได้อย่างมาก

อ้างอิง

Cheng, R. และคณะ (2022). Ultrathin Ferrite Nanosheets สำหรับเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กสองมิติอุณหภูมิห้อง การสื่อสารของธรรมชาติ. เข้าถึงได้จาก: https://www.nature.com/articles/s41467-022-33017-1

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ ความคิดเห็นที่แสดงในที่นี้เป็นความคิดเห็นของผู้เขียนที่แสดงความสามารถส่วนบุคคล และไม่จำเป็นต้องแสดงถึงความคิดเห็นของ AZoM.com Limited T/A AZoNetwork เจ้าของและผู้ดำเนินการเว็บไซต์นี้ ข้อจำกัดความรับผิดชอบนี้เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดและเงื่อนไขการใช้งานเว็บไซต์นี้