Учёные создали метод «наноскульптурирования» для трёхмерных наноструктур

Учёные из Центра науки о возникающих явлениях RIKEN и их коллеги разработали новый способ изготовления трёхмерных наноразмерных устройств из монокристаллических материалов с использованием инструмента сфокусированного ионного пучка (FIB). С помощью этого метода команда вырезала спиралевидные устройства из топологического магнита, состоящего из кобальта, олова и серы (Co₃Sn₂S₂), и обнаружила, что они ведут себя как переключаемые диоды, то есть пропускают электрический ток легче в одном направлении, чем в другом.

Создание сложных трёхмерных наноструктур может помочь в разработке более энергоэффективных и компактных электронных устройств. До сих пор существовало мало способов создания таких структур, а доступные методы серьёзно ограничивали выбор материалов и их качество.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Nanotechnology, учёные использовали сфокусированный ионный пучок, способный резать материалы с субмикронной точностью, чтобы преодолеть это ограничение. Этот метод, в принципе, позволяет придавать трёхмерную форму устройствам практически из любого кристалла. Подобно тому, как скульпторы используют инструменты, чтобы отсекать куски материала, исследователи использовали ионный пучок для «обтёсывания» кристалла до нужной формы.

Чтобы продемонстрировать возможности нового метода, исследователи создали из магнитного материала Co₃Sn₂S₂ спиральные устройства. Они предположили, что благодаря свойствам материала и хиральной наноразмерной геометрии устройства проявят уникальный диодный эффект — невзаимный электрический транспорт.

Действительно, оказалось, что спиральные устройства действуют как крошечные переключаемые диоды: электрический ток течёт легче в одном направлении, чем в другом, и этот диодный эффект можно обратить вспять, изменив намагниченность или хиральность спирали. Исследователи также обнаружили обратное поведение — сильные импульсы тока могут переключать намагниченность спирали. Диоды — важные электронные компоненты, используемые, например, в преобразователях переменного тока в постоянный, при обработке сигналов и в светодиодных устройствах.

Сравнивая спирали разных размеров и при разных температурах, учёные связали этот эффект с асимметричным рассеянием электронов на изогнутых хиральных стенках устройств. Эти результаты подчёркивают идею о том, что форма устройства может использоваться как инструмент проектирования электронных функций, открывая новые пути к созданию маломощных компонентов с заданной геометрией для будущих технологий памяти, логики и сенсоров.

«Рассматривая геометрию как источник нарушения симметрии наравне с внутренними свойствами материала, мы можем создавать электрическую невзаимность на уровне устройства. Наш новый метод наноскульптурирования сфокусированным ионным пучком открывает широкие возможности для исследований того, как трёхмерные и изогнутые геометрии устройств могут использоваться для реализации новых электронных функций», — заявил первый автор статьи Макс Бёрч.

«В более широком смысле этот подход позволяет создавать устройства, сочетающие топологические или сильно коррелированные электронные состояния с заданной кривизной в баллистическом или гидродинамическом режиме транспорта. Конвергенция физики материалов и нанотехнологий указывает на функциональные архитектуры устройств, которые могут оказать влияние на технологии памяти, логики и сенсоров», — добавил руководитель исследовательской группы Ёсинори Токура.

Источник: RIKEN

ИИ: Это прорывное исследование демонстрирует, как наноинженерия переходит от плоских структур к сложным трёхмерным формам, открывая путь к принципиально новым электронным компонентам. Возможность «вырезать» функциональные устройства из кристаллов практически любого материала с такой точностью — это серьёзный шаг вперёд для нанотехнологий и спинтроники.