طور باحثون في مركز ريكين لعلوم المادة الناشئة في اليابان طريقة رائدة لنحت أجهزة نانوية ثلاثية الأبعاد من بلورات فردية باستخدام أشعة أيونات مركزة. من خلال تشكيل هياكل حلزونية من بلورة مغناطيسية، أنشأوا ثنائيات قطب قابلة للتبديل توجه الكهرباء بشكل مفضل في اتجاه واحد. يمكن لهذا النهج الهندسي تمكين إلكترونيات أكثر كفاءة.
الاختراق، الذي تم تفصيله في دراسة نشرت في Nature Nanotechnology في عام 2026، يشمل نحتًا دقيقًا باستخدام شعاع أيونات مركز بمقاييس أقل من الميكرون. صنع العلماء حلزونات مجهرية من البلورة المغناطيسية الطوبولوجية Co₃Sn₂S₂، المكونة من الكوبالت والقصدير والكبريت. تظهر هذه الهياكل الصغيرة نقلًا كهربائيًا غير متبادل، تعمل كثنائيات قطب حيث يتدفق التيار بسهولة أكبر في اتجاه واحد مقارنة بالعكس. كشفت التجارب أن تأثير الثنائي القطبي ينبع من تشتت الإلكترونات غير المتساوي على طول جدران الهليزونات المنحنية والكيرالية. يمكن تبديل السلوك عن طريق تغيير مغناطيسية المادة أو كيرالية الهليزون. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نبضات كهربائية قوية عكس مغناطيسية الهيكل، مما يبرز التفاعلات ذات الاتجاهين بين الشكل والكهرباء والمغناطيسية. تتغلب هذه التقنية على قيود التصنيع التقليدي، الذي غالبًا ما يؤدي إلى تدهور جودة المادة أو يقيد الخيارات. من خلال تمكين تصاميم ثلاثية الأبعاد من كل مادة بلورية تقريبًا، تعد بأجهزة أصغر وأقوى لتطبيقات مثل تحويل التيار المتردد/المستمر، معالجة الإشارات، وLEDs. شرح ماكس بيرش، المؤلف الرئيسي للدراسة: «من خلال معاملة الهندسة كمصدر لكسر التماثل على قدم المساواة مع خصائص المادة الجوهرية، يمكننا هندسة عدم التبادل الكهربائي على مستوى الجهاز. يفتح طريقتنا الجديدة في نحت النانو بشعاع أيونات مركز نطاقًا واسعًا من الدراسات حول كيفية استخدام الهندسة ثلاثية الأبعاد والمنحنية للأجهزة لتحقيق وظائف إلكترونية جديدة.» أضاف يوشينوري توكورا، قائد المجموعة: «بشكل أوسع، يمكن لهذا النهج تمكين تصاميم أجهزة تجمع بين الحالات الإلكترونية الطوبولوجية أو القوية الارتباط مع الانحناء المصمم في نظام النقل الباليستي أو الهيدروديناميكي. يشير التقارب بين فيزياء المواد والنانو تصنيع إلى معماريات أجهزة وظيفية ذات تأثير محتمل على تقنيات الذاكرة والمنطق والاستشعار.» تؤكد النتائج كيف يمكن للشكل الفيزيائي التلاعب مباشرة بحركة الإلكترونات، ممهدة الطريق للابتكارات المدفوعة بالهندسة في الإلكترونيات.
