Учёные создали наноспирали, управляющие электричеством с помощью формы

Исследователи из Центра науки о возникающей материи RIKEN и их коллеги разработали метод создания трёхмерных наноустройств непосредственно из монокристаллических материалов. Технология использует сфокусированный ионный пучок для прецизионного удаления материала. С её помощью команда вырезала крошечные спиральные структуры из топологического магнитного кристалла кобальта, олова и серы (Co₃Sn₂S₂). Тесты показали, что эти структуры ведут себя как переключаемые диоды, пропуская ток легче в одном направлении, чем в другом.

Новый метод, описанный в журнале Nature Nanotechnology, позволяет «ваянию» 3D-устройств практически из любого кристаллического материала с субмикронной точностью. В демонстрации спиральные наноустройства из материала Co₃Sn₂S₂ продемонстрировали невзаимный электрический транспорт — эффект диода, обусловленный хиральной (закрученной) формой на наноуровне. Эффект можно было обратить, изменив намагниченность или «закрученность» спирали. Также наблюдалась обратная связь: сильные электрические импульсы могли переключать намагниченность структуры.

Сравнение спиралей разного размера и измерения при различных температурах показали, что диодный эффект возникает из-за неравномерного рассеяния электронов вдоль искривлённых стенок устройства. Это доказывает, что физическая форма компонента может напрямую влиять на движение электричества.

Первый автор исследования Макс Бёрч заявил:

Рассматривая геометрию как источник нарушения симметрии наравне со внутренними свойствами материала, мы можем создавать электрическую невзаимность на уровне устройства. Наш новый метод нановаяния сфокусированным ионным пучком открывает широкие возможности для изучения того, как трёхмерные и искривлённые геометрии устройств могут реализовывать новые электронные функции.

Руководитель исследовательской группы Ёсинори Токура добавил:

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 с потенциальным влиянием на технологии памяти, логики и сенсоров.