เปลี่ยนห้องธรรมดาให้เป็นห้องทำงาน

การใช้เฟอร์โรแมกเนติกหรือกลไกพื้นฐานที่วัสดุบางชนิด (เช่น เหล็ก) ก่อตัวเป็นแม่เหล็กถาวรหรือถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กนั้นย้อนกลับไปไกลถึงสมัยโบราณเมื่อมีการใช้หินหินในการเดินเรือ ตั้งแต่นั้นมา มีเพียงสามธาตุในตารางธาตุเท่านั้นที่ถูกพบว่าเป็นเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิห้อง ได้แก่ เหล็ก (Fe) โคบอลต์ (Co) และนิเกิล (Ni) แกโดลิเนียมธาตุหายาก (Gd) เกือบพลาดเพียง 8 องศาเซลเซียส วัสดุแม่เหล็กมีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสมัยใหม่ และถูกนำมาใช้เพื่อการศึกษาขั้นพื้นฐานและในการใช้งานในชีวิตประจำวันมากมาย เช่น เซ็นเซอร์ มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า สื่อในฮาร์ดดิสก์ และหน่วยความจำสปินโทรนิกล่าสุด เนื่องจากการเจริญเติบโตของฟิล์มบางดีขึ้นในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา จึงมีความสามารถในการควบคุมโครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัล หรือแม้กระทั่งบังคับโครงสร้างที่เป็นไปไม่ได้ในธรรมชาติ การศึกษาใหม่นี้แสดงให้เห็นว่า Ru สามารถเป็นวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าธาตุเดี่ยวลำดับที่สี่ได้โดยใช้ฟิล์มบางพิเศษเพื่อบังคับเฟสของแม่เหล็กไฟฟ้า ราย ละเอียด งานของพวกเขาได้รับการเผยแพร่ใน Nature Communicationsฉบับล่าสุด ผู้เขียนหลักของบทความนี้คือ University of Minnesota Ph.D. บัณฑิต Patrick Quarterman ซึ่งเป็นเพื่อนร่วมงานหลังปริญญาเอกของ National Research Council (NRC) ที่ National Institute of Standards and Technology (NIST) Robert F. Hartmann ศาสตราจารย์ด้านไฟฟ้าแห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตากล่าวว่า "อำนาจแม่เหล็กนั้นน่าทึ่งเสมอ มันพิสูจน์ตัวเองได้อีกครั้ง เรารู้สึกตื่นเต้นและขอบคุณที่เป็นกลุ่มแรกที่ทดลองแสดงและเพิ่มธาตุเฟอร์โรแมกเนติกชนิดที่สี่ที่อุณหภูมิ ห้อง ลงในตารางธาตุ" และวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ Jian-Ping Wang ผู้เขียนบทความที่เกี่ยวข้องและที่ปรึกษาของ Quarterman "นี่เป็นปัญหาที่น่าตื่นเต้นแต่ยาก เราใช้เวลาประมาณสองปีในการหาวิธีที่เหมาะสมในการทำให้วัสดุนี้เติบโตและตรวจสอบความถูกต้อง งานนี้จะกระตุ้นให้ชุมชนการวิจัยแม่เหล็กพิจารณาแง่มุมพื้นฐานของอำนาจแม่เหล็กสำหรับองค์ประกอบที่มีชื่อเสียงมากมาย" วังกล่าวเสริม สมาชิกคนอื่น ๆ ของทีมยังเน้นย้ำถึงความสำคัญของงานนี้ Paul Voyles ผู้ร่วมเขียนการศึกษา ศาสตราจารย์ Beckwith-Bascom และประธานภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน กล่าวว่า "ความสามารถในการจัดการและกำหนดลักษณะของสสารในระดับอะตอมเป็นรากฐานที่สำคัญของเทคโนโลยีสารสนเทศสมัยใหม่ เมดิสัน. "ความร่วมมือของเรากับกลุ่มของศาสตราจารย์ Wang แห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตาแสดงให้เห็นว่าเครื่องมือเหล่านี้สามารถค้นหาสิ่งใหม่ๆ ได้แม้ในระบบที่ง่ายที่สุด ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบเพียงองค์ประกอบเดียว" พันธมิตรในอุตสาหกรรมยอมรับว่าการทำงานร่วมกันเป็นกุญแจสู่นวัตกรรม "Intel มีความยินดีกับความร่วมมือด้านการวิจัยระยะยาวกับ University of Minnesota และ C-SPIN [Center for Spintronic Materials, Interfaces และ Novel Architectures] Ian A. Young เพื่อนร่วมรุ่นอาวุโสและผู้อำนวยการของ Intel Corporation กล่าว " เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะแบ่งปันการพัฒนาเหล่านี้โดยการสำรวจพฤติกรรมของผลกระทบควอนตัมในวัสดุ ซึ่งอาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับนวัตกรรมอุปกรณ์ลอจิกและหน่วยความจำที่ประหยัดพลังงาน" ผู้นำในอุตสาหกรรมรายอื่นๆ ยอมรับว่าการค้นพบนี้จะส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ "อุปกรณ์ Spintronic มีความสำคัญเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์" Todd Younkin ผู้อำนวยการ Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ซึ่งเป็นกลุ่มผู้สนับสนุนของ Semiconductor Research Corporation (SRC) กล่าว "ความก้าวหน้าพื้นฐานในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุแม่เหล็ก เช่นที่แสดงให้เห็นในการศึกษานี้โดยศาสตราจารย์ Wang และทีมงานของเขา มีความสำคัญต่อการตระหนักถึงความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์" เทคโนโลยีใหม่ต้องใช้วัสดุใหม่ การบันทึกด้วยแม่เหล็กยังคงเป็นผู้เล่นที่โดดเด่นในเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูล แต่หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มและการประมวลผลด้วยแม่เหล็กกำลังเริ่มเข้ามาแทนที่ หน่วยความจำแม่เหล็กและอุปกรณ์ลอจิกเหล่านี้เพิ่มข้อจำกัดให้กับวัสดุแม่เหล็ก ซึ่งข้อมูลจะถูกจัดเก็บและคำนวณ เมื่อเทียบกับวัสดุแม่เหล็กของสื่อฮาร์ดดิสก์แบบดั้งเดิม การผลักดันวัสดุใหม่นี้ทำให้เกิดความสนใจอีกครั้งในความพยายามที่จะตระหนักถึงการคาดการณ์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่เหมาะสม วัสดุที่ไม่ใช่สารแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น Ru, แพลเลเดียม (Pd) และออสเมียม (Os) สามารถกลายเป็นสารเฟอร์โรแมกเนติกได้ จากการคาดการณ์ทางทฤษฎีที่กำหนดไว้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมินนิโซตาใช้วิศวกรรมชั้นเมล็ดเพื่อบังคับเฟส tetragonal ของ Ru ซึ่งชอบให้มีโครงแบบหกเหลี่ยม และสังเกตตัวอย่างแรกของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกในองค์ประกอบเดียวที่อุณหภูมิห้อง โครงสร้างผลึกและคุณสมบัติทางแม่เหล็กมีลักษณะเฉพาะอย่างกว้างขวางโดยร่วมมือกับสิ่งอำนวยความสะดวกการจำแนกลักษณะเฉพาะของมหาวิทยาลัยมินนิโซตาและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน นักวิจัยกล่าวว่าการศึกษานี้เป็นการเปิดประตูสู่การศึกษาพื้นฐานของ Ru แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดใหม่นี้ จากมุมมองของการใช้งาน Ru มีความน่าสนใจเนื่องจากทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน และการคาดการณ์ทางทฤษฎีเพิ่มเติมอ้างว่ามีความเสถียรทางความร้อนสูง ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับการปรับขนาดความทรงจำแม่เหล็ก การตรวจสอบเสถียรภาพทางความร้อนสูงนี้เป็นจุดเน้นของการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ของมหาวิทยาลัยมินนิโซตา นอกจาก Quarterman, Wang และ Voyles แล้ว นักวิจัยที่เกี่ยวข้องในการศึกษานี้ ได้แก่ Javier Garcia-Barriocanal จาก University of Minnesota Characterization Facility; Yang Lv จาก University of Minnesota ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์; Mahendra DC จากโรงเรียนฟิสิกส์และดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยมินนิโซตา; ศศิกานต์ มณีภัทรุนี, เดมิทรี นิคอนอฟ และเอียน หยาง จากการวิจัยส่วนประกอบของอินเทล; และ Congi Sun จากภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน งานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจาก Center for Spintronic Materials, Interfaces and Novel Architectures (C-SPIN) ที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตา มหาวิทยาลัยมินนิโซตาระดับปริญญาเอกที่โดดเด่น และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) ผ่าน NSF-funded Materials Research Science และศูนย์วิศวกรรมแห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตา