Обработка информации магнитными молекулами стала возможной благодаря неодиму
Магнитные молекулы – многообещающие функциональные единицы будущих устройств обработки информации. Группа ученых из Юлиха и Аахена, представители различных дисциплин, впервые изготовили мощные молекулы, допускающие непосредственно электрическое считывание магнитной информации. Это стало возможным благодаря тому, что основным структурным элементом новой молекулы стал редкоземельный металл неодим (Nd).
Миниатюризация процессоров уже доходит до своих физических пределов. В то же время глобальные потребности в информации и запросы информационных технологий постоянно растут – требуются всё новые подходы к обработке и хранению растущего объема данных. Магнитные молекулы помогут решить эту проблему. Они могли бы заменить стандартные компоненты электроники (диоды, транзисторы). В отличие от них, для управления магнитными молекулами требуется минимальное напряжение – отсюда существенная экономия энергии. При этом их переключательные функции более сложны (так как зависят от магнетизма, а не сравнительно простого электричества «есть ток – нет тока»).
Молекулы действуют как миниатюрные магниты, и обрабатывают информацию в форме электрических сигналов. У них всегда одинаковое количество атомов, их можно «настроить» под конкретную функцию, и их легко изготавливать в том же виде, снова и снова. Чтобы продуктивно применять такую «молекулярную спинтронику» в технических устройствах, магнитная структура молекул должна быть успешно защищена от воздействий внешней среды, но в то же время доступна электрическому току.
«Можно сказать, что электротоку и магнетизму надо общаться друг с другом», - рассказывает доктор Даниэль Бюрглер (Daniel Bürgler) из Юлихского исследовательского центра. Группа под руководством Бюрглера сконструировала молекулу, удовлетворяющую этим требованиям. «В неодим-фталоцианине те же электроны, что создают магнитные явления, участвуют в электронном переносе», - объясняет ученый. Это выяснилось, когда исследователи сопоставили свои расчеты с экспериментальными показателями.
Неодим – это редкоземельный металл. Молекулы, обладающие атомами таких металлов наряду с фталоцианинами, встречаются в природе в виде пигментов листвы. Они отличаются особой стабильностью и замечательно «прикрывают» магнитное состояние находящихся в центре редкоземельных атомов. Однако добиться электрического считывания магнитного состояния непосредственно с молекул у ученых раньше не удавалось. Из-за электрического контакта между молекулами магнитная структура почти не влияла на ток.
Чтобы определить подходящие редкоземельные атомы, ученые сначала проанализировали распределение электронов, летающих вокруг атомов, подобно облакам. Только некоторые электроны образуют магнитную структуру. И они должны располагаться достаточно глубоко, в глубине облака, чтобы избежать влияния среды. В то же время, им нельзя находиться слишком глубоко – иначе не получится взаимодействовать с электронами, проводящими электрический ток. Неодим удовлетворяет этим требованиям: он легче других лантанидов (редкоземельных элементов), а его электроны распределены по облаку бОльшего размера.
Данная разработка описана в журнале Nature Communications.
По материалам пресс-релиза ЮИЦ.
Артём Космарский nauka21vek.ru