日本理化學研究所緊急科學中心的科學家與合作者開發了一種直接用單晶材料製造三維納米級設備的技術。該方法依賴於聚焦離子束儀器，可以精確地去除非常小的薄片中的材料。當使用這種方法時，團隊雕刻了微小的線圈結構。由鈷、錫和硫製成的拓撲磁性晶體，化學式為 Co。3S2S2。測試表明這些結構的工作原理類似於可開關二極管。這意味著電流在一個方向上比在另一個方向上更容易傳播。
具有復雜三維形狀的電子設備可能會變得更小。比當今的平板設備更有效、更高效。儘管有這種潛力，研究人員創造這種結構的方法仍然有限。現有的生產方法常常限制可以使用的材料。並可能影響最終設備的質量。
使用聚焦離子束進行精確切割
在發表於的一項新研究中 天然納米技術研究人員使用可實現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三維設備。這個過程類似於雕刻。小心地將材料從固體塊中取出，直到達到所需的形狀。
為了展示這種方法的功能，該團隊從一家磁性晶體公司製造了一個螺旋納米器件。3S2S2。根據這種材料的已知特性，他們推測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。這是由納米級手性形狀驅動的實驗證實了這一預測。電流更容易朝一個方向流動。通過改變磁場或改變螺紋的旋向性可以逆轉這種效應。研究人員還觀察到了逆反應。其中高壓脈衝可以翻轉結構的磁化強度。二極管是現代電子設備中的重要元件。並用於 AC/DC 轉換、信號處理和 LED 器件。
形狀如何控制電子的運動？
通過比較不同尺寸的螺紋並測量它們在不同溫度下的行為。研究人員追踪了二極管對電子沿器件彎曲手性壁不均勻散射的影響。這一發現表明，元件的物理形狀可以直接影響電流的運動。結果表明幾何形狀可以用作設計工具。這允許低能耗。它是一種針對未來內存、邏輯和傳感技術的形狀設計組件。
該研究的第一作者馬克斯·伯奇（Max Birch）表示，“通過將幾何形狀視為與內部材料特性同等的對稱性破缺來源，我們可以在器件級別創建電非互易性。我們新開發的聚焦離子束納米雕刻方法開闢了一個關於如何使用三維和彎曲器件幾何形狀來實現新電子功能的研究領域。”
該研究小組的負責人Yoshinori Tokura補充道：“更廣泛地說，這種方法可以設計出將拓撲或高度相關的電子狀態與彈道或流體動力傳輸系統中的工程曲率相結合的設備。材料物理和納米結構的融合表明功能設備架構對內存、邏輯和傳感技術具有潛在的影響。”
