Operační paměť počítače bude možné zvýšit díky neobvyklým vlastnostem krystalů jodidu | J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry

Praha 30. března 2022

Pozoruhodné magnetické vlastnosti začnou při vysokém tlaku vykazovat krystaly jodidu chromitého, které ztratí svou pravidelnou strukturu a přejdou do chaotického uspořádání tzv. spinového skla. Jejich z fyzikálního hlediska exotické chování lze využít třeba pro zvýšení kapacity operační paměti. Zjistili to vědci z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a Univerzity Karlovy. Jejich studii publikoval nedávno časopis Physical Review B.

Rychlost a výkonnost počítačů, mobilů a dalších elektronických zařízení je závislá na operační paměti RAM. Materiály používané v současných paměťových zařízeních, např. křemík, již dosáhly svých mezí pro další zmenšování či zrychlování. Vědci se proto zaměřují na dvojrozměrné (2D) materiály, jejichž vlastnosti nejsou ještě dostatečně prozkoumané, a mohou proto překvapit.

Jodid chromitý je 2D materiál, jehož krystalovou strukturu tvoří izolované vrstvy obsahující atomy chromu a jódu s tloušťkou přibližně 1 nanometr. Mezinárodní vědecký tým, jehož součástí byli i vědci a vědkyně z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského a Univerzity Karlovy, zkoumal monokrystaly jodidu chromitého za použití různého tlaku a teploty.

Feromagnety, antiferomagnety a spinové sklo

„Krystal jodidu chromitého jsme podrobili vysokému tlaku, 20 gigapascalů a více, a změny magnetického stavu jsme sledovali Ramanovým spektrometrem,“ vysvětluje postup experimentu Haider Golam z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

Vědci zjistili, že při určitém tlaku a teplotě se krystal choval velmi neobvykle. Zatímco při tlaku do 22 gigapascalů se tento 2D materiál choval jako feromagnet, při tlaku nad 30 gigapascalů jako antiferomagnet. Ovšem v rozmezí tlaku od 22 do 30 gigapascalů a při nízké teplotě začal vykazovat exotické vlastnosti spojované s tzv. spinovým sklem.

Možnosti chaosu

Běžné feromagnetické materiály, např. v magnetických záznamových médiích, mají magnetické momenty (spiny elektronů) orientované do jednoho směru; u antiferomagnetů se však jejich orientace střídá. Ovšem u materiálů označovaných jako spinové sklo nejsou spiny uspořádány pravidelně, ale zcela náhodně.

„Spiny elektronů ve spinovém skle mohou zaujmout mnoho různých uspořádání, nejsou periodicky uspořádané jako v běžných magnetech. Takové magnetické materiály bude možné využít pro moderní koncepty ukládání informací,“ říká Jana Kalbáčová Vejpravová z Univerzity Karlovy.

Studie vědců uveřejněná minulý měsíc v časopise Physical Review B vzbudila zájem a byla zařazena do výběru šéfredaktora.

„Předpokládáme, že díky nově objevené vlastnosti 2D magnetických materiálů bude možné zvýšit kapacitu RAM pamětí a snížit jejich velikost,“ dodává Martin Kalbáč z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

Výzkum 2D materiálů, které vykazují nečekané fyzikální a chemické vlastnosti, je perspektivní směr výzkumu posledních několika málo let. Například grafen, první dvourozměrný materiál, který má tloušťku jedné vrstvy atomů, byl objeven teprve před 15 lety.

Více informací:

doc. RNDr. Ing. Martin Kalbáč, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
martin.kalbacjh-inst.cas.cz
+420 266 053 804