日本理化学研究所新兴物质科学中心与合作的科研人员近日开发出一种新方法，可利用聚焦离子束仪器，从单晶材料中直接制造三维纳米器件。该研究已发表于《自然·纳米技术》期刊。

构建复杂的三维纳米结构是制造更节能、更紧凑电子设备的关键，但目前方法有限，且严重制约可选材料的范围与质量。研究团队利用聚焦离子束技术，以亚微米精度切割材料，实现了对几乎任何晶体材料的精准三维塑形。研究负责人Yoshinori Tokura表示：“材料物理学和纳米制造技术的融合预示着功能性器件架构的出现，这些架构有望对存储、逻辑和传感技术产生影响。”

为展示该纳米雕刻新方法的潜力，团队选取了一种由钴、锡、硫组成的拓扑磁性材料Co₃Sn₂S₂，从中雕刻出螺旋形纳米器件。他们预测并证实，这种独特的螺旋几何结构会引发非互易电输运现象，即器件表现出二极管效应——电流更容易沿一个方向流动。更重要的是，这种二极管效应可通过改变螺旋的磁化方向或手性进行切换。此外，强电流脉冲亦可反转其磁化状态。

通过对比不同尺寸和温度下的螺旋结构，研究人员发现该效应源于电子在器件弯曲的手性壁上发生的非对称散射。这一发现强调了器件几何形状本身可作为设计电子功能的有效工具。论文第一作者马克斯·伯奇指出：“通过将几何形状与材料固有属性同等看待，将其视为对称性破缺的来源，我们可以在器件层面实现电学非互易性。我们新开发的聚焦离子束纳米雕刻新方法为研究如何利用三维和曲面器件几何形状来实现新的电子功能开辟了广阔的领域。”

这项研究为未来开发基于几何形状调控的低功耗存储器、逻辑电路和传感器元件提供了新的技术途径。

出版详情：作者：Max Birch等人，标题：《具有可切换非互易电子输运的磁性Weyl半金属的纳米雕刻三维螺旋结构》，发表于：《自然纳米技术》(2026)。期刊信息：《自然纳米技术》