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Wednesday, June 16, 2021

Ultrahigh-Density Data Storage के लिए एक Antiferromagnetic Nanowire में Action में इलेक्ट्रॉनों को पकड़ना

क्रोमियम-डोपेड जर्मेनियम-कोर सिलिकॉन-शेल नैनोवायर

नैनोवायर क्रॉस-सेक्शन का एक आरेख नैनोवायर कोर में परमाणुओं के बीच बातचीत को दर्शाता है। पीले परमाणु: जर्मेनियम; लाल परमाणु: क्रोमियम; पीले-लाल कनेक्शन के बाहर के आसपास बैंगनी परमाणु: सिलिकॉन शेल। साभार: रंजीत पति / मिशिगन टेक

इलेक्ट्रॉन प्रकृति के उन मूलभूत कणों में से एक है जिन्हें हम स्कूल में पढ़ते हैं। इसका व्यवहार डिजिटल डेटा को स्टोर करने के नए तरीकों का सुराग देता है।

में प्रकाशित एक अध्ययन में नैनो पत्र, मिशिगन टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के भौतिकविदों ने क्षमता में सुधार करने और डिजिटल डेटा भंडारण प्रौद्योगिकियों के आकार को छोटा करने के लिए वैकल्पिक सामग्रियों का पता लगाया। मिशिगन टेक में भौतिकी के प्रोफेसर रंजीत पति ने अध्ययन का नेतृत्व किया और अपनी टीम के नए नैनोवायर डिज़ाइन के पीछे भौतिकी को समझाते हैं।

“स्पिन नामक एक संपत्ति के लिए धन्यवाद, इलेक्ट्रॉन छोटे मैग्नेट की तरह व्यवहार करते हैं,” पाटी ने कहा। “कैसे एक बार चुंबक के चुंबकीयकरण द्विध्रुवीय है, दक्षिण से उत्तर की ओर इशारा करते हुए, सामग्री में इलेक्ट्रॉनों में चुंबकीय द्विध्रुवीय पल वैक्टर होते हैं जो सामग्री के चुंबकीयकरण का वर्णन करते हैं।”

जब ये वैक्टर यादृच्छिक अभिविन्यास में होते हैं, तो सामग्री गैर-चुंबकीय है। जब वे एक दूसरे के समानांतर होते हैं, तो इसे फेरोमैग्नेटिज्म कहा जाता है और एंटीपैरल समानांतर संरेखण एंटीफेरोमैग्नेटिज्म होते हैं। वर्तमान डेटा भंडारण तकनीक फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों पर आधारित है, जहां डेटा को छोटे फेरोमैग्नेटिक डोमेन में संग्रहीत किया जाता है। यही कारण है कि एक मजबूत पर्याप्त चुंबक मोबाइल फोन या अन्य इलेक्ट्रॉनिक भंडारण को गड़बड़ कर सकता है।

डेटा संग्रहण चुनौतियां

मैग्नेटाइजेशन की दिशा (चाहे वह ऊपर या नीचे की ओर हो) के आधार पर, डेटा को फेरोमैग्नेटिक डोमेन में बिट्स (या तो 1 या 0) के रूप में दर्ज किया जाता है। हालांकि, दो अड़चनें हैं, और दोनों निकटता पर टिका है। सबसे पहले, एक बाहरी चुंबक को भी पास लाएं, और इसका चुंबकीय क्षेत्र डोमेन में चुंबकीय क्षणों की दिशा बदल सकता है और भंडारण डिवाइस को नुकसान पहुंचा सकता है। और, दूसरा, डोमेन प्रत्येक के पास स्वयं का एक चुंबकीय क्षेत्र है, इसलिए वे एक दूसरे के बहुत करीब नहीं हो सकते हैं। छोटे, अधिक लचीले, अधिक बहुमुखी इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ चुनौती यह है कि वे उन उपकरणों की मांग करते हैं जो फेरोमैग्नेटिक डोमेन को सुरक्षित रूप से अलग रखना कठिन बनाते हैं।

पेटी ने कहा, “अल्ट्रा-डेघी डेटा पैकिंग फेरोमैग्नेटिक मेमोरी डोमेन के साथ चुनौतीपूर्ण काम होगा।” दूसरी ओर, “एंटीफ्रेमोमैग्नेटिक मटीरियल, इन मुद्दों से मुक्त हैं।”

अपने स्वयं के एंटीफ़ैरोमैग्नेटिक सामग्रियों पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए महान नहीं हैं, लेकिन वे बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों से प्रभावित नहीं हैं। चुंबकीय हेरफेर का विरोध करने की इस क्षमता ने अनुसंधान समुदाय से अधिक ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया और पेटी की टीम ने इलेक्ट्रान-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन पर विचार करने वाले एक पूर्वानुमानित क्वांटम कई-शरीर सिद्धांत का इस्तेमाल किया। टीम ने पाया कि जर्मेनियम कोर और सिलिकॉन शेल के साथ क्रोमियम-डोपेड नैनोवायर एक एंटीफिरोमैग्नेटिक सेमीकंडक्टर हो सकते हैं।

एंटीफेरोमैग्नेटिज्म

कई शोध समूहों ने हाल ही में विद्युत धारा और लेजर का उपयोग करते हुए एंटीफिरोमैग्नेटिक सामग्रियों में व्यक्तिगत चुंबकीय राज्यों के हेरफेर का प्रदर्शन किया है। उन्होंने टेराहर्ट्ज़ फ़्रीक्वेंसी में स्पिन डायनामिक्स का अवलोकन किया – हमारे वर्तमान डेटा स्टोरेज उपकरणों में उपयोग की जाने वाली आवृत्ति की तुलना में बहुत तेज़। इस अवलोकन ने एंटीफिरोमैग्नेटिज़्म में अनुसंधान के हितों की अधिकता को खोल दिया है और तेजी से, उच्च क्षमता वाले डेटा स्टोरेज को जन्म दे सकता है।

“हमारे हाल के काम में, हमने सफलतापूर्वक एंटीवायरोमैग्नेट की पेचीदा विशेषताओं को एक कम-आयामी, पूरक धातु-ऑक्साइड संगत सेमीकंडक्टर (सीएमओएस) नैनोवायर में नैनोवायर की अर्धचालक संपत्ति को नष्ट किए बिना,” कहा। “यह उच्च क्षमता डेटा भंडारण और हेरफेर के साथ छोटे और स्मार्ट इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए संभावनाओं को खोलता है।”

पेटी कहते हैं कि उनकी टीम के लिए शोध का सबसे रोमांचक हिस्सा एंटीफ्agnरगोमैनिज्म को निर्धारित करने वाले तंत्र को उजागर कर रहा था। तंत्र को superexchange कहा जाता है और यह इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को नियंत्रित करता है और एंटीपैरल समानांतर संरेखण करता है जो उन्हें एंटीफ़्रेमोमैग्नेटिक बनाता है। टीम के नैनोवायर में, जर्मेनियम इलेक्ट्रान एक चलते-चलते, एक एक्सचेंजर के रूप में, असंबद्ध क्रोमियम परमाणुओं के बीच कार्य करते हैं।

“क्रोमियम परमाणुओं के चुंबकीय राज्यों के बीच की बातचीत को मध्यवर्ती परमाणुओं द्वारा मध्यस्थ किया जाता है जो वे बंधुआ हैं। यह एक सहकारी चुंबकीय घटना है। “एक सरल तरीके से, हम कहते हैं कि ए और बी दो लोग हैं: वे बहुत दूर हैं और सीधे संवाद नहीं कर सकते हैं। लेकिन A का एक मित्र C है और B का एक मित्र D है। C और D घनिष्ठ मित्र हैं। इसलिए, A और B, C और D के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से बातचीत कर सकते हैं।

बेहतर समझ कि परमाणु मित्र के बीच इलेक्ट्रॉन कैसे संवाद करते हैं, क्रोमियम-डोपेड नैनोवायर्स जैसी सामग्रियों की क्षमता का परीक्षण करने के लिए अधिक प्रयोगों को सक्षम बनाता है। जर्मेनियम-सिलिकॉन नैनोवायर पदार्थ की एंटीफिरोमैग्नेटिक प्रकृति को समझने में बेहतर है जो छोटे, होशियार, उच्च क्षमता वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए क्षमता बढ़ाता है।

संदर्भ: संदीप आर्यल, दुर्गा पुड़ियाल और रंजीत पति, 12 फरवरी 2021 को “Cr-Doped Ge-Core / Si-Shell Nanowire: An Antiferromagnetic अर्धचालक” नैनो पत्र
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c04971

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