多一個少一個都不行─單原子反轉奈米線
- 上線日期：2008/12/25 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
德國科學家在研究原子奇偶性(parity)對置於鐵磁表面的反鐵磁(antiferromagnetic)奈米線(nanowire)的影響時發現，僅僅加入或移除一個原子，就能完全改變奈米線(nanowire)的磁性。這種奈米結構特有的現象，有朝一日或許可以應用來製作由奈米線組成的原子級開關或邏輯閘。
將單顆原子加入或移除自含有1023個原子的固體，幾乎不會有任何影響，在奈米結構中卻不然。Institut fur Festkorperforschung的Samir Lounis表示，奈米線的原子總數是奇數或偶數，決定了奈米線的磁性，因此添加或移除一顆原子都會造成其磁性結構的劇烈變化。這個奈米級的奇特現象在尺度更大的結構中並不會發生，而且它是完全可逆的行為。
將反鐵磁奈米線置於鐵磁性材料的表面，會導致反鐵磁結構與鐵磁基板中間存在「受挫」(frustration)現象，這是由於奈米線底部相鄰原子傾向於反鐵磁性偶合，但卻受制於基板的表面形態。在這種系統中，鄰近原子間有相當強的磁交互作用，但整體的磁性結構卻相當脆弱，因此微小的改變便可產生很大的不同。
該研究群是利用第一原理(ab initio)量子化學計算模擬得到上述結果，此模擬的根據是改良版的密度泛函原理(Density functional theory)，純粹依據基本量子力學定律來計算，不需加入額外的調整參數。
Lounis指出，加入或移除單顆原子只會引發兩個不同磁態間的磁性反轉，不會造成其他影響。在硬碟中，儲存資訊的0與1可由這些奈米線的兩種磁性態來代表，因此這種奈米線有機會取代現今的硬碟。此外，由於奈米線一端的擾動會沿著奈米線傳播到另一端，亦即磁資訊可在相距數奈米的兩點間轉移，因此亦有可能運用於邏輯閘中。
該小組目前計畫探討沉積在基板表面上的螺旋奈米結構，原因是自旋極化(spin-polarized)電子可能會對奈米線施加力矩，使奈米線的磁化跟著轉動。詳見Physical Review Letters 101 107204 (2008)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/36776
譯者:蕭世男(逢甲大學材料科學與工程系)
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