計算機中的信息通過電子的運動在半導體中傳輸並存儲在磁性材料的電子自旋方向上。為了縮小設備並同時提高其性能，研究人員正在尋找結合這兩種量子特性的獨特材料。
當地時間5月5日，哥倫比亞大學的一個化學家和物理學家團隊在《自然-材料》上發文介紹了其在一種名為CrSBr（全稱chromium sulfide bromide）的材料中，電子傳輸和磁性之間存在着緊密聯繫。
在化學家Xavier Roy的實驗室里創造的CrSBr是一種范德瓦耳斯晶體，其可以被剝離成可堆疊的二維層，只有幾個原子那麼薄。跟那些很快被氧氣和水破壞的相關材料不同，CrSBr晶體在環境條件下是穩定的。這些晶體還能在相對較高的-280F溫度下保持其磁性，並避免了對冷卻到-450F溫度的昂貴液氦的需求。
羅伊實驗室的博士后Evan Telford說道：“CrSBr比其他二維磁體要容易得多，這讓我們能夠製造出新穎的設備並測試它們的特性。”據悉，Telford於2020年從哥倫比亞大學物理學博士畢業。去年，其在華盛頓大學的同事Nathan Wilson和Xiaodong Xu及哥倫比亞大學的Xiaoyang Zhu發現了磁性和CrSBr對光的反應之間的聯繫。在目前的研究工作中，Telford領導了探索其電子特性的努力。
研究小組使用電場來研究不同電子密度、磁場和溫度下的CrSBr層–不同的參數可以被調整以在材料中產生不同的效果。而隨着CrSBr的電子特性的改變，它的磁性也在改變。
“半導體有可調整的電子特性。磁體具有可調整的自旋構型。在CrSBr中，這兩個旋鈕是結合在一起的，”Roy說道，“這使得CrSBr對基礎研究和潛在的自旋電子學應用都有吸引力。”
Telford表示，磁性是一個很難直接測量的屬性，特別是當材料的尺寸縮小的時候，但用一個叫做電阻的參數來測量電子如何移動是非常容易的。在CrSBr中，電阻可以作為其他無法觀察到的磁性狀態的代理。“這非常強大，特別是當研究人員期待着有一天用這種二維磁體製造芯片時，它可以用於量子計算並在一個小空間里存儲大量的數據，”Roy說道。
該材料的電子和磁性能之間的聯繫是由層中缺陷造成，對此，Telford表示，對於該團隊來說，這是一個幸運的突破。“人們通常想要儘可能‘最乾淨’的材料。我們的晶體有缺陷，但如果沒有這些缺陷我們就不會觀察到這種耦合作用。”
眼下，Roy實驗室正在試驗如何創造帶有故意缺陷的可剝落范德瓦耳斯晶體以提高微調材料特性的能力。他們還在探索不同的元素組合是否能在更高的溫度下發揮作用並同時仍保留那些有價值的組合特性。