计算机中的信息通过电子的运动在半导体上传输，并以电子自旋的方向存储在磁性材料中。为了在提高设备性能的同时能缩小设备的尺寸——这是一个新兴的名为“自旋电子学”领域的目标——研究人员正在寻找结合了两种量子特性的独特材料。哥伦比亚大学的一个研究团队在《自然材料》上发表了他们的研究成果，他们发现在一种名为溴化硫化铬(CrSBr)的材料中，电子传输和磁性之间存在密切联系。

CrSBr是在化学家Xavier Roy的实验室中创建的，它是一种所谓的范德华晶体，可以剥离成只有几个原子厚的可堆叠二维层。与会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。这些晶体还能在-137℃的温度下保持其磁性，这避免了要使用昂贵的液氦冷却至-232℃的温度需求。

Roy实验室的博士后Evan Telford说：“CrSBr比其他二维磁体更容易使用，这让我们能够制造新颖的设备并测试它们的特性。”Telford于2020年从哥伦比亚大学获得物理学博士学位。去年，华盛顿大学的Nathan Wilson和Xiaodong Xu以及哥伦比亚大学的Xiaoyang Zhu发现了磁性和CrSBr对光的反应间存在联系。在目前的工作中，Telford负责领导探索其电子特性。

该研究团队使用了电场来研究不同电子密度、磁场和温度下的CrSBr层材料，并调整了不同的参数以在材料中产生不同的效果。他们发现，随着CrSBr的电子特性发生变化，它的磁性也发生了变化。

Roy说：“半导体具有可调的电子特性。磁铁具有可调的自旋配置。而在CrSBr中，这两个特性结合了在一起。这使得CrSBr对于基础研究和潜在的自旋电子学应用都具有吸引力。”

Telford表示，磁性是一种难以直接测量的特性，特别是在材料尺寸缩小了以后，但使用电阻参数可以很容易测量电子如何移动。在CrSBr中，电阻可以作为其他无法观察到的磁态的代表。Roy说：“这非常强大，尤其是当研究人员希望有朝一日能用这种二维磁铁来制造芯片时，它可以用于量子计算，并能在狭小的空间内存储大量的数据。”

Telford表示，这种材料里电子和磁性间的联系是由于层材料的缺陷造成的，这对于该团队来说，是一个幸运的突破。他说：“人们通常想要‘最干净’的材料。可我们的晶体是有缺陷的，但如果没有这些缺陷，我们就不会观察到这种耦合。”

从这之后，Roy实验室正在试验用各种方法来生长具有故意缺陷的可剥离的范德华晶体，以提高微调材料特性的能力。他们还在探索元素的不同组合是否可以在更高的温度下发挥作用，并能同时仍保留这些有价值的组合特性。（编译:Qtech）