Современная электроника становится все более миниатюрной, однако большинство ее элементов по-прежнему остаются плоскими.
Устройства со сложной трехмерной формой могли бы быть более компактными, эффективными и мощными, но до сих пор у ученых было немного методов, позволяющих создавать такие структуры. Специалисты Центра исследований эмерджентных состояний материи RIKEN в Японии разработали метод, который дает возможность создавать трехмерные наноустройства непосредственно из монокристаллических материалов.
Данная техника основывается на использовании сфокусированного ионного пучка — инструмента, способного удалять материал с точностью менее микрона. Процесс напоминает действия скульптора: материал аккуратно убирается из цельного блока, пока не будет достигнута необходимая форма. Такой уровень контроля позволяет создавать трехмерные устройства практически из любого кристаллического материала, не ограничиваясь теми, что подходят для традиционных способов изготовления.
Для демонстрации потенциала технологии команда создала крошечные спиральные структуры из магнитного кристалла, состоящего из кобальта, олова и серы. Учитывая известные свойства этого материала, ученые предположили, что закрученная форма вызовет особый диодный эффект — неодинаковое прохождение электрического тока в разных направлениях. Эксперименты подтвердили эти гипотезы.
Ток действительно легче проходил в одном направлении, чем в другом, и этот эффект можно было обратить, изменив намагниченность или хиральность — направление закрутки спирали. Кроме того, исследователи обнаружили обратное взаимодействие: мощные электрические импульсы могли переключать намагниченность структуры.
Это открытие имеет большое значение, поскольку в наше время диоды являются незаменимыми элементами современной электроники, их применяют в преобразователях переменного тока в постоянный, обработке сигналов и светодиодных устройствах.
Сравнивая спирали различных размеров и исследуя их поведение при разных температурах, ученые установили, что диодный эффект возникает из-за неравномерного рассеяния электронов вдоль изогнутых хиральных стенок устройств. Это указывает на то, что физическая форма компонента прямо влияет на движение электрического тока через него.
«Рассматривая геометрию как источник нарушения симметрии наряду с внутренними свойствами материала, мы можем проектировать электрическую неоднородность на уровне устройства, — говорит соавтор исследования Макс Берч. — Наш новый метод наноскульптуры открывает широкие возможности для изучения того, как трехмерные и изогнутые геометрии устройств могут быть использованы для реализации новых электронных функций».
Результаты указывают на перспективу создания маломощных компонентов с инженерно спроектированной формой для будущих технологий памяти, логики и сенсорики.
Фото: hi-tech.mail.ru