科学家用“拧麻花”的方法调控电流

具有复杂三维形状的电子器件可能比当今的扁平设备更小、更高效、功能更强。尽管潜力巨大，但研究人员制造此类结构的方法有限。现有制造方法往往限制了可用材料，并可能影响最终器件的质量。

在发表于《自然·纳米技术》的新研究中，研究人员通过使用能够进行亚微米精度切割的聚焦离子束解决了这些挑战。这种控制水平原则上允许从几乎任何晶体材料制造三维器件。该过程类似于雕刻，即从固体块中小心移除材料，直到获得所需形状。

为展示该方法的能力，团队用磁性晶体Co₃Sn₂S₂制造了螺旋纳米器件。基于这种材料的已知特性，他们预期这种扭曲的几何形状会产生一种称为非互易电输运的特殊二极管效应，该效应由纳米尺度的手性形状驱动。实验证实了这一预测：电流在一个方向上更容易流动，并且通过改变磁化强度或切换螺旋的手性可以逆转这种效应。研究人员还观察到反向相互作用，即强电脉冲可以翻转结构的磁化强度。二极管是现代电子设备中的基本组件，用于交直流转换、信号处理和LED器件。

通过比较不同尺寸的螺旋结构并在不同温度下测量其行为，研究人员将二极管效应追溯到电子沿器件弯曲的手性壁的不均匀散射。这些发现表明，组件的物理形状可以直接影响电流通过它的方式。结果表明，几何形状本身可以用作设计工具，为未来的存储、逻辑和传感技术开发低功耗、形状工程化的组件。

该研究的第一作者马克斯·伯奇表示：“通过将几何形状视为与本征材料特性同等重要的对称性破缺来源，我们可以在器件层面设计电非互易性。我们新开发的聚焦离子束纳米雕刻方法为研究三维和弯曲器件几何形状如何用于实现新的电子功能开辟了广泛的研究领域。”

领导该研究小组的吉野宪典补充道：“更广泛地说，这种方法使器件设计能够将拓扑或强关联电子态与弹道或流体动力学输运体系中的工程曲率相结合。材料物理学与纳米制造的融合指向具有潜在影响存储、逻辑和传感技术的功能器件架构。”