独特的量子材料可以实现超强大，紧凑的计算机

　　硫化铬溴化物结晶成薄层，可以剥离并堆叠以制造纳米级器件。哥伦比亚大学的研究人员发现，这种材料的电子和磁性是联系在一起的这一发现可以实现基础研究以及自旋电子学的潜在应用。图片来源：韩明根、朱毅梅
　　计算机中的信息通过电子的运动通过半导体传输，并存储在磁性材料中电子自旋的方向上。为了缩小器件，同时提高其性能这是一个名为自旋电子学（自旋电子学）的新兴领域的目标，研究人员正在寻找结合两种量子特性的独特材料。哥伦比亚大学的一个化学家和物理学家团队在《自然材料》杂志上发现，在一种名为硫化铬溴化物（CrSBr）的材料中，电子传输和磁性之间存在很强的联系。
　　CrSBr是在化学家XavierRoy的实验室中创造的，是一种所谓的范德华晶体，可以剥离成可堆叠的2D层，只有几个原子薄。与被氧气和水迅速破坏的相关材料不同，CrSBr晶体在环境条件下是稳定的。这些晶体在相对较高的280F温度下也保持其磁性，避免了将昂贵的液氦冷却至450F温度的需要，
　　CrSBr比其他2D磁体更容易使用，这使我们能够制造新颖的设备并测试其性能，罗伊实验室的博士后EvanTelford说，他于2020年毕业于哥伦比亚大学，获得物理学博士学位。去年，华盛顿大学的同事NathanWilson和XiaodongXu以及哥伦比亚大学的XiaoyangZhu发现了磁性与CrSBr对光的反应之间的联系。在目前的工作中，Telford领导了探索其电子特性的努力。
　　该团队使用电场来研究不同电子密度，磁场和温度的CrSBr层可以调整不同的参数以在材料中产生不同的效果。随着CrSBr中的电子特性发生变化，其磁性也发生了变化。
　　半导体具有可调的电子特性。磁铁具有可调自旋配置。在CrSBr中，这两个旋钮是组合在一起的，罗伊说。这使得CrSBr对基础研究和潜在的自旋电子学应用都具有吸引力。
　　Telford解释说，磁性是一种难以直接测量的特性，特别是当材料的尺寸缩小时，但是很容易用称为电阻的参数来测量电子的移动方式。在CrSBr中，电阻可以作为其他不可观测磁态的代理。这非常强大，罗伊说，特别是当研究人员希望有朝一日用这种2D磁铁制造芯片时，这些芯片可用于量子计算，并在狭小的空间内存储大量数据。
　　Telford说，材料的电子和磁性特性之间的联系是由于层中的缺陷对于团队来说，这是一个幸运的突破。人们通常想要最干净的材料。我们的晶体有缺陷，但没有这些缺陷，我们就不会观察到这种耦合，他说。
　　从这里开始，罗伊实验室正在试验如何种植具有故意缺陷的可剥离范德华晶体，以提高微调材料性能的能力。他们还在探索不同的元素组合是否可以在更高的温度下发挥作用，同时仍然保留这些有价值的组合特性。