新しい量子磁石はロボット工学、エレクトロニクス、センサーへの応用を約束

MIT プラズマ科学融合センター (PSFC) の研究者 Hangu Chui らは最近、磁石の背後にあるよく理解されている技術に新たなひねりを加えました。 一見すると単純に聞こえるかもしれませんが（結局のところ、磁石はどれくらい良くなるのでしょう？）、この研究は新しい材料の応用を可能にします。 磁石 (および電磁気そのもの) は計算システム全体の基礎であるため、ベースとなる磁性材料の改良は、これらの基本的な力の処理に大きな影響を与える改善をもたらすことが期待されています。

研究者らは、量子効果を利用して、私たちにとって有益な方法で機能させようとする試みに立ちはだかる2つの基本的な物理的障壁である、異常なホール効果とベリー曲率を制御することに成功した。 Nature に掲載された研究チームの新しい論文は、効率とパフォーマンスの両方を向上させるために両方の効果を利用する方法としてテルル化クロムの使用に光を当てています。 影響を受けた地域は？ コンピューティング、エレクトロニクス、ロボット工学に至るまで、磁石が関係するあらゆる場所で使用できます。

ホール効果とは、1879 年に 23 歳のエドウィン ホールが行った発見を指します。ホールは、電流が流れる垂直な金属ストリップに対して磁石を直角に置くと、電流が反対側に偏向されることに気づきました。金属シートの動き（電流は自由電子の規則正しい運動であることを思い出してください）。

この電流の非対称的な違いはホール効果として知られるようになりました。 しかし、量子力学では、この非対称な動作を有利に利用できます。 量子力学は、ホール効果が粒子物理レベルで実際に何をしているのかを調べる方法であると考えてください。これにより、ホール効果が現れる状況を理解し、影響を与えることができるようになります。

ここで、ベリー曲率として知られる量子概念の応用が登場します。量子物理学では、これを使用して、電子の流れを自然に偏らせることができます (ホール効果と同じように)。 磁場を必要としないことを除けば、これは現在では異常ホール効果として知られており、電気の流れをより効率的に制御するために使用できます。

研究者の研究の結果、押したり伸ばしたりした場合でもこの異常なホール効果を示す材料が誕生しました。これは、フレキシブルエレクトロニクスの分野での潜在的な研究の特徴です。 この材料は、酸化アルミニウムまたはチタン酸ストロンチウムのベース層 (厚さ 0.5 ミリメートル) の結晶で作られています。 次に、磁性化合物であるクロムテルル化物の原子層がこれらの層の上に適用されます。 磁性化合物はベース層と相互作用するため、結晶層に柔軟性を与えます。

しかし、ここでの「柔軟性」とは、材料が歪みを受けても、電子を伝導する能力を失わないことを意味します。 それらは、異常なホール効果とベリー曲率の間の相互作用によって可能になる異なる経路を通って移動するだけです。 この能力が、研究者らがこの化合物を「ひずみ調整可能な」材料と呼んでいる理由です。これは、加えられたひずみに応じて電気伝導度を自然に調整するためです。 このため、研究者らは、多くの関連性の高い分野での複数の応用例を引用しています。

ロボット工学では、ひずみ調整可能な材料を「ソフト センサー」に使用できます。これは、既存の生物学的要素 (たとえば、BCI [ブレイン コンピューター インターフェイス] の脳ニューロンなど) の周囲に伸びるセンサーで、それらの損傷を回避したり、生体要素の損傷を回避したりすることができます。彼らと対話します。 環境要因に応じて伸縮するセンサーや、人工補綴物の屈曲可能な制御メカニズムもこの技術によって開発され、Neuralink などの研究を進めている企業にとってのメリットは言うまでもありません。

これらのひずみ調整可能な材料は、データ ストレージにも応用できます。伸縮性のある材料は、どの程度正確に伸ばされるかに応じて、さまざまな量のデータを保存できます。これにより、密度に明確な利点がもたらされ、データ保持にも利点が得られる可能性があります。