Všeobecné

Prvý vysokoteplotný jednomolekulový magnet môže spôsobiť revolúciu v kapacite úložiska pevného disku


V dnešnom digitálnom svete je jednou z najnaliehavejších technologických potrieb nájsť viac a efektívnejšie spôsoby ukladania a spracovania digitálnych informácií.

Nedávny prelomový objav prvého vysokoteplotného magnetu s jednou molekulou (SMM) na svete otvára dvere k budúcemu vzrušujúcemu vývoju v masívnom zvyšovaní kapacity pamäte pevných diskov bez zväčšenia ich fyzickej veľkosti.

Pred zverejnením štúdie Magnetická hysterézia do 80 Kelvinov v monomolekulovom magnetu dysprosium metalocénu pod vedením profesora chémie Richarda Layfielda na univerzite v Sussexe v Anglicku bolo možné syntetizovať iba jednomolekulové magnety s blokujúcimi teplotami, ktoré boli dosiahnuť ochladením so značne drahým a vzácnym tekutým héliom.

Tím na univerzite v Sussexe v spolupráci s univerzitou Sun-Yat Sen v Číne a univerzitou v Jyväskylä vo Fínsku predstavili nový magnet s jednou molekulou (SMM), ktorý je typom materiálu, ktorý zachováva magnetické informácie až po charakteristické blokovanie. teplota.

V príspevku publikovanom v časopise Veda, vedci vysvetľujú, ako úspešne navrhli a syntetizovali prvý SMM s blokujúcou teplotou nad 77 K, bodom varu tekutého dusíka, ktorý je lacný aj ľahko dostupný.

„Jednomolekulové magnety sú pevne zaseknuté v režime teploty kvapalného hélia (–196 ° C) už viac ako štvrť storočia. Keď sme predtým navrhli plán molekulárnej štruktúry vysokoteplotného SMM, teraz sme ho vylepšili našu dizajnérsku stratégiu na úroveň, ktorá umožňuje prístup k prvému takémuto materiálu, “uviedol profesor Richard Layfield.

SMM sú molekuly s charakteristikou zapamätania si smeru magnetického poľa, ktoré na ne bolo aplikované po relatívne dlhú dobu po vypnutí magnetického poľa. To umožňuje zapisovať informácie do molekúl.

„Náš nový výsledok je míľnikom, ktorý prekonáva hlavnú prekážku pri vývoji nových materiálov na ukladanie molekulárnych informácií a sme nadšení z vyhliadok na ďalší pokrok v tejto oblasti,“ uviedol profesor Layfield.

Prvý vysokoteplotný magnet s jednou molekulou

Podľa abstraktu môžu jednomolekulové magnety (SMM) obsahujúce iba jedno kovové centrum predstavovať spodný limit veľkosti pre materiály na ukladanie magnetických informácií na báze molekúl. V súčasnosti všetky SMM vyžadujú chladenie kvapalinou a héliom, aby sa prejavili efekty magnetickej pamäte.

Vedci uvádzajú chemickú stratégiu na prístup k metalocénovému katiónu dysprózia, ktorá zobrazuje magnetickú hysterézu nad teplotou kvapalného dusíka. Podľa abstraktu je magnetická blokujúca teplota TB = 80 K pre tento katión prekonáva podstatnú bariéru vo vývoji nanomagnetických zariadení, ktoré fungujú pri praktických teplotách.

Pochopenie molekulárneho magnetizmu

Nové štatistiky z výpočtov

Nová dysprosiová metalocénová zlúčenina je zavŕšením niekoľkoročného vedeckého výskumu. Podľa vedcov si projekt vyžiadal vývoj nových prístupov v chémii organokovových lantanidov, ako aj hlboké poznatky o vzťahu medzi mikroskopickou elektronickou štruktúrou a magnetickými vlastnosťami študovaných systémov.

"Výpočtové metódy založené na kvantovej mechanike a teórii relativity zohrávajú dôležitú úlohu pri charakterizácii a dizajne nových jednomolekulových magnetov. Veľké výpočtové zdroje, ktoré sú dnes k dispozícii, napríklad umožnili objasniť interakciu medzi vibráciami kryštálu a elektronikou." štruktúra molekúl študovaných v tejto práci, “vysvetľuje postdoktorandský výskumník Akseli Mansikkamäki z katedry chémie Univerzity v Jyväskylä.

Technologické aplikácie pre jednomolekulový magnet (SMM)

Magnety s jednou molekulou majú potenciál pre dôležité aplikácie, ako sú digitálne pamäťové médiá s vysokou hustotou, ako aj časti mikroprocesorov v kvantových počítačoch. Vývoj v oblasti praktických aplikácií doteraz našiel problémy, pretože magnety s jednou molekulou sú funkčné iba pri extrémne nízkych teplotách.

Podľa výskumu sa ich vlastnosti vnútornej pamäte často stratia, ak sa zahrejú o viac ako niekoľko stupňov nad absolútnu nulu (-273 ° C). Prvý SMM to však môže zmeniť, čo umožní pokrok v kvantovom výpočte.

Kvantové výpočty sú výpočty, ktoré využívajú kvantovo-mechanické javy, ako je superpozícia, zapletenie a interferencia.

Kvantové počítače a kvantová mechanika vysvetlila doktorka Talia Gershon z IBM, senior manažérka spoločnosti Quantum Research

Aktualizácia kvantových počítačov 2018 od futuristu a autora Christophera Barnatta

Podľa Christophera Barnatta mohla spoločnosť Intel časom vyrobiť malé kvantové procesory obsahujúce tisíce alebo milióny qubitov. „Na rozdiel od bežných mikroprocesorov bude stále potrebné, aby boli veľmi studené až takmer nulové,“ hovorí Barnatt.

Britsko-fínsko-čínska spolupráca

Jednomolekulový magnet, ktorý má hrať tak dôležitú úlohu v budúcnosti kvantového výpočtu, bol výsledkom koordinovaného úsilia troch univerzít.

Syntetické práce a charakterizácia pripravených zlúčenín bola vykonaná výskumnou skupinou profesora Layfielda, zatiaľ čo magnetické merania boli vykonávané na univerzite Sun Yat-sen pod vedením profesora Ming-Liang Tonga. Postdoktorandský výskumník Akseli Mansikkamäki uskutočnil teoretické výpočty a analýzy na Katedre chémie Univerzity v Jyväskylä.

Štúdia tiež poskytuje poznatky a cestovný plán, ako ďalej zlepšovať magnetické vlastnosti SMM a ako priblížiť realitu technologickým aplikáciám vrátane kvantovej výpočty.


Pozri si video: Notebook Upgrade Guide with Corsair SSD Upgrade Kit and Vengeance Memory (Január 2022).