科學家旋轉微小晶體來控制電力

與當今的平板設備相比，以復雜 3D 形狀構建的電子設備可能更小、更高效、更強大。儘管有這種潛力，但研究人員創造這種結構的方法有限。當前的製造方法通常限制可使用的材料，並可能影響最終設備的質量。

使用聚焦離子束進行精密切割

在發表於的新研究中 自然納米技術，研究人員使用能夠進行亞微米精度切割的聚焦離子束解決了這些挑戰。原則上，這種控制水平允許用幾乎任何晶體材料創建 3D 設備。這個過程類似於雕刻，小心地從固體塊中去除材料，直到達到所需的形狀。

為了證明這種方法的功能，該團隊用磁性晶體製造了螺旋納米器件₃年齡₂S₂。基於這種材料的已知特性，他們預計扭曲的幾何形狀會產生一種特殊的二極管效應，稱為不可逆電傳輸，由納米級的螺旋形狀驅動。實驗證實了這一預期。電流更容易沿一個方向流動，並且可以通過改變磁化強度或切換螺旋中的手來逆轉效果。研究人員還觀察到了逆反應，即強電脈衝可以翻轉結構的磁化強度。二極管是現代電子產品中的重要元件，用於 AC/DC 轉換、信號處理和 LED 設備。

形狀如何控制電子運動

通過比較不同尺寸的螺旋並測量它們在不同溫度下的行為，研究人員將二極管效應追溯到電子沿著設備彎曲的手性壁的不均勻散射。這些結果表明，組件的物理形狀可以直接影響電流通過它的方式。結果表明，幾何形狀本身可以用作設計工具，為未來的存儲器、邏輯和傳感技術提供低功耗和幾何形狀的組件。

該研究的第一作者 Max Birch 表示：“通過將幾何形狀視為與固有材料特性同等的對稱破缺源，我們可以在器件級別設計電非交換。新開發的聚焦離子束納米雕刻方法開啟了關於如何使用 3D 和彎曲器件幾何形狀來實現新電子功能的廣泛研究。”

研究小組負責人Yoshinori Tokura補充道：“更廣泛地說，這種方法使設備設計能夠將彈道或流體動力傳輸系統中的拓撲或強耦合電子態與幾何曲率相結合。材料物理和納米製造的融合指向功能設備架構，對存儲器、邏輯和傳感技術具有潛在影響。”