Forskare vid Japans RIKEN Center for Emergent Matter Science har banat väg för en metod att snida tredimensionella nanoskala-enheter från enkelkristaller med fokuserade jonstrålar. Genom att forma heliciska strukturer från en magnetisk kristall skapade de växelbara dioder som leder elektricitet företrädesvis i en riktning. Denna geometriska approach kan möjliggöra mer effektiva elektronikkomponenter.
Genombrottet, som beskrivs i en studie publicerad i Nature Nanotechnology 2026, involverar precisionsskulptering med en fokuserad jonstråle för att avlägsna material på sub-mikronskala. Forskare tillverkade mikroskopiska helicer från den topologiska magnetkristallen Co₃Sn₂S₂, bestående av kobolt, tenn och svavel. Dessa små strukturer uppvisar icke-reciprok elektrisk transport och fungerar som dioder där strömmen flyter lättare i en riktning än åt motsatsen. Experiment visade att diod-effekten beror på ojämn elektronströning längs de chirala, krökta väggarna i helicerna. Beteendet kan växlas genom att ändra materialets magnetisering eller helicerns handedness. Dessutom visades starka elektriska pulser kunna vända strukturens magnetisering, vilket belyser tvåvägsinteraktioner mellan form, elektricitet och magnetism. Denna teknik övervinner begränsningar i traditionell tillverkning, som ofta försämrar materialkvalitet eller begränsar alternativen. Genom att möjliggöra 3D-designer från nästan alla kristallina material lovar den mindre, kraftfullare enheter för tillämpningar som AC/DC-omvandling, signalbehandling och LED. Max Birch, studiens huvudförfattare, förklarade: «Genom att behandla geometri som en källa till symmetribrott på samma nivå som materialets inneboende egenskaper kan vi konstruera elektrisk icke-reciprocitet på enhetsnivå. Vår nyutvecklade metod för fokuserad jonstråle-nanoskulptering öppnar för ett brett spektrum av studier om hur tredimensionella och krökta enhetsgeometrier kan användas för att realisera nya elektroniska funktioner.» Gruppchefen Yoshinori Tokura tillade: «På bredare plan möjliggör denna approach enhetsdesigner som kombinerar topologiska eller starkt korrelerade elektroniska tillstånd med konstruerad krökning i ballistiska eller hydrodynamiska transportregimer. Sammanflödet av materialfysik och nanofabrikation pekar mot funktionella enhetsarkitekturer med potentiell inverkan på minne, logik och sensortekniker.» Resultaten understryker hur fysisk form kan manipulera elektronrörelser direkt och banar väg för geometridrivna innovationer inom elektronik.
