UCLA dopar halvledare med magnetiska atomer

Ett forskarlag lett av California NanoSystems Institute vid University of California, Los Angeles (UCLA) har utvecklat en ny metod för att kombinera magnetiska grundämnen med halvledare. Det nya halvledarmaterialet innehåller upp till 50 procent magnetiska atomer − ett stort kliv från dagens metoder som vanligtvis inte klarar mer än 5 procent. Med sin process skapade teamet ett bibliotek med över 20 nya material som kombinerade magnetiska element som kobolt, mangan och järn med olika typer av halvledare, enligt ett inlägg från UCLA.

"Studien visade också att den nya strategin kan användas för att införliva magnetiska element i supraledare, en materialklass som under vissa förhållanden låter elektroner färdas utan motstånd", skriver UCLA i ett meddelande.

I tester som inkluderade atomavbildning och mätningar av magnetisering fann forskarna bevis för att de nya materialen som tillverkats med supraledare och topologiska isolatorer bevarade sina exotiska egenskaper, samtidigt som de utvecklade nya magnetiska beteenden.

Alstrar ingen överskottsvärme

Spintronik används redan i teknologier som läshuvuden i hårddiskar i datorer och annan elektronik. Men till skillnad från konventionell elektronik genererar spintroniska komponenter inte överskottsvärme – en stor begränsning för att kunna packa in mer beräkningskraft i mindre chip. Genom att överbrygga denna begränsning kan spintronik bana väg för framtida enheter som är kraftfullare, mer kompakta och energieffektiva – eller till och med med helt nya funktioner.

Atomtunna staplar av halvledarskikt 

Magnetiska material som framställs med den nya metoden kan också komma att fungera som grundmaterial i framtida kvantdatorer. Sådana datorer förväntas kunna utföra beräkningar som i dag är omöjliga, simulera komplexa naturliga fenomen på en nivå som traditionella datorer inte når, och möjliggöra cybersäkerhet som inte går att knäcka.

"Andra experiment lade till magnetiska atomer i topologiska isolatorer – ämnen som beter sig som isolatorer i sitt inre men som låter elektroner flöda fritt på ytan", skriver UCLA.

Forskarteamets teknik bygger på att man växelvis staplar atomärt tunna skikt av halvledare och självorganiserande lager av magnetiska atomer. Denna skiktade arkitektur gör det möjligt för varje komponent att behålla sin ordnade struktur och sina inneboende egenskaper, samtidigt som nya kollektiva beteenden uppstår.

Kan bana väg för energisnålare elektronik

Forskningsgruppens metod kan utgöra en mångsidig materialplattform för framtida spintroniska komponenter som kan göra mer än dagens elektronik – och med överlägsen energieffektivitet. Till exempel förbrukar dagens populära AI-system enorma mängder el och vatten; framtidens datorer med spintronik skulle kunna driva AI-applikationer som både är kraftfullare och samtidigt undviker de oroande klimatavtrycken och resursuttagen, enligt inlägget.