Picoscience和可以模仿神经元的新材料，用磁铁计算

用耶鲁大学与布鲁克海汶国家实验室合作开发的新材料中原子的特异性扫描透射电子显微镜（Stew）图像。该图像显示分层的钴（绿色）和钛（红色）原子。

未来几十年的革命科技发现，将会改变日常生活的人，可能来自新材料如此之小，他们使纳米材料看起来像巨大的庞然大物。

这些新材料将在微微尺刻度上设计和精制，比纳米小于纳米的千倍，一百万次小于千分尺（本身小于人发的宽度）。为了做这项工作，科学家们将需要在一系列可以衡量和指导这种精致控制的物料的新设备中进行培训。这项工作涉及理论上设计材料，制造它们，并表征其性质。

在耶鲁大学，他们有一个名字;他们称之为“picoscience”。

“耶鲁斯的研究人员发明了较小，快速的新材料，并且可以以众多方式表现，例如模仿大脑中的神经元，用磁铁计算，并用量子力学计算，”高级研究科学家弗雷德里克沃克说在Charles Ahn的实验室中，John C. Malone的应用物理，机械工程和材料科学教授，以及应用物理系的物理学和物理学。

Ahn是一项新的研究的高级作者，在另一个方向上移动Picoscience：从周期性表中取出元素并在亚基水平上与它们进行修补，以挑选新材料。

Sangjae Lee是Ahn实验室的研究生和研究的第一作者，设计和增长了新材料，该材料是由镧，钛，钴和氧气的元素组成的人工层状晶体。

研究人员一次分层一个原子平面，使得一个原子厚的氧化钛片材将电子转移到一个原子厚的钴氧化物片。这改变了钴氧化物片的电子配置和磁性。

“耶鲁的研究人员发明了较小，快速，并且可以以多种方式表现的新材料，例如模仿大脑中的神经元，用磁铁计算，并用量子力学计算。” - 弗雷德里克沃克

“我们能够以比原子本身小得多的精度来操纵组成原子，”李说。“这些类型的新晶体可以形成开发新磁性材料的基础，其中在这种小长度尺度的磁和电子传导之间的微妙平衡可以在新颖的晶体管状器件中操纵，该装置在今天的晶体管上具有性能优势。”

Lee培训了许多在纽约布鲁克汉国家实验室的国家同步射箭光源II开发的乐器。同步rotron是一台机器，大致足够的足球场的大小，从而加速了电子的速度。电子产生了实验中的研究人员使用的非常明亮的X射线束。

新的研究发表在“物理审查”杂志上，并具有来自耶鲁，布鲁克州，Flatiron Institute和Argonne National实验室的共同作者。除了Ahn和Lee之外，耶鲁共同作者是Sohrab Ismail-Beigi，Alex Taeung Lee，Walker，Ankit Disa和Yichen Jia。

除了设计和成长新材料之外，Sangjae Lee还表征了它们并分析了结果。从理论方面，耶鲁同事Alex Taeyung Lee和Alexandru Georgescu，他们现在在Flatiron Institute的计算量子物理中心，使用量子机械计算来计算材料的结构及其对电子配置的影响。这项工作使团队能够描述材料的磁力状态。

“我们能够以比原子本身小得多的精度操纵组成原子。” - Sangjae Lee.

耶鲁已经确定了量子材料作为优先研究区的发展，预见到了将在今天的计算机上超过当今计算机的新计算系统中使用。该大学还注意到合作与布鲁克海伦合作的重要性，这拥有美国最先进的材料特征设施，包括国家最新的同步奖。

“新材料的发明一直处于改变生活的技术进步的核心，”耶鲁应用物理学教授共同作者Ismail-Beigi表示。“新的电子材料推动了手机，计算机，平板电脑，智能手表和医疗设备的不断增加的能力。”

共同作者沃克强调了在进行Picoscience研究中的实验主义者和理论家之间的沟通的重要性：“理论设计与实验制造之间的协同反馈环是成功发现新材料特性至关重要的”，“他说。“这一反馈回路已成为国家科学基金会材料发现计划的签名，最初在耶鲁斯开发。”

该工作得到了美国空军科研，国家科学基金会，美国能源部基本能源科学厅的支持。

参考：Sangjae Lee，Alexandru B.Georgescu，Gilberto Fabbris，Myung-Geun Han，Yimei Zhu，John W.Freeland，Ankit S. Disa，Ankit S. Disa，Yichen Jia，Ankit S. Disa，Yichen jia，Mark PM Dean，Frederick J. Walker，Sohrab Ismail-Beigi和Charles H. Ahn，2019年9月10日，物理审查信.DOI：
10.1103 / physrevlett.123.117201