Новый марганцевый материал JGU из Германии повышает рабочую температуру спинового хранения данных до -132 °C

Репортаж от Wedoany，Исследователи из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) разработали новый молекулярный материал на основе марганца, который повышает рабочую температуру использования молекул в качестве миниатюрных устройств хранения данных примерно до -132 градусов Цельсия. Соответствующие результаты опубликованы в журнале «Nature Chemistry». Ранее только молекулярные материалы на основе железа могли выполнять эту функцию, но их рабочая температура должна была поддерживаться в диапазоне от 100 до 130 кельвинов (примерно от -173 до -143 градусов Цельсия), что из-за низких температур приводило к высокому энергопотреблению и сложности эксплуатации. Профессор химического факультета JGU Катя Хайнце (Katja Heinze) заявила, что новый марганцевый материал уже при первой попытке превзошёл все известные железосодержащие молекулярные материалы в соответствующем применении, что знаменует собой прогресс в области спинтроники.

В области хранения данных электронные спины (магнитные моменты, ведущие себя подобно стержневым магнитам) отдельных ионов могут располагаться параллельно или антипараллельно, что соответствует двоичным «1» или «0», то есть высокоспиновому или низкоспиновому состоянию. Максимальная рабочая температура железосодержащих запоминающих устройств обычно составляет 100 кельвинов (около -173 градусов Цельсия); ранее одна команда сообщила о повышении до 130 кельвинов (около -143 градусов Цельсия), что считалось пределом для данной системы материалов. Команда JGU совершила скачок температуры примерно на 11 кельвинов. Докторант химического факультета JGU Сандра Кроненберг (Sandra Kronenberger), синтезировавшая новый материал при поддержке Центра аспирантуры Макса Планка в сотрудничестве с JGU, отметила, что марганец может работать так же хорошо, как железо, и даже лучше. Доктор Лука Каррелла (Luca Carrella) с химического факультета JGU измерил магнитное поведение нового материала и считает, что, хотя эта система всё ещё далека от комнатной температуры, данный прогресс представляет собой важный шаг к достижению более высоких рабочих температур в спинтронике.

Этот прорыв в температурных характеристиках стал возможен благодаря сочетанию марганца с лигандами, полученными из N-гетероциклических карбенов, которые образуют прочные связи с марганцем. Прочные связи стабилизируют низкоспиновое состояние, одновременно создавая высокий энергетический барьер между двумя спиновыми состояниями, что делает оба спиновых состояния более стабильными для хранения информации и позволяет выдерживать более высокие температуры. Способ «записи» информации аналогичен таковому для ионов железа: при облучении ионов марганца светом электроны меняют спиновое состояние, и цвет материала меняется с тёмно-красного (низкоспиновое состояние) на светло-жёлтый (высокоспиновое состояние). Хайнце отметила, что после выключения источника света переключённый материал сохраняет свой цвет и магнитные свойства в течение полезного промежутка времени, и эта концепция может указать направление для будущих технологий цифрового хранения данных.