Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Nano-polykrystallinsk film fører til stærkere magnetisme sammenlignet med enkelt-krystal film

Billede af nanopillar-lignende polykrystallinsk STF-film opnået ved transmissionselektronmikroskopi. Kredit:Toyohashi University of Technology.

At realisere den næste generation af enheder til informationsbehandling baseret på nye fænomener såsom spintronics, multiferroics, magnetoptik, og magnonics, deres bestanddele skal udvikles. De seneste hurtige fremskridt inden for nanoteknologi giver os mulighed for at fremstille nanostrukturer, som er umulige at opnå i naturen.

Imidlertid, komplekse magnetiske oxider er et af de mest komplicerede materialesystemer med hensyn til udvikling og analyse. Ud over, den detaljerede mekanisme er ukendt, hvorved ændringer i atomsammensætning, der ikke påvirker den overordnede struktur, fører til drastiske ændringer i materialets egenskaber, selvom materialets struktur er ens.

Nu, forskere ved Spin Electronics Group ved Toyohashi Tech og ved Myongji University, Harbin Institute of Technology, Massachusetts Tekniske Institut, Universidad Técnica Federico Santa María, University of California, San Diego, og Trinity College Dublin fandt ud af, at nanoskala søjleformet fordeling af jern i strontiumtitanat (STF) ændrer dets magnetiske og magnetoptiske respons drastisk. Overraskende nok, den polykrystallinske prøve viste stærkere magnetisme end enkeltkrystallinsk film.

"I sædvanlige oxidsystemer, magnetiske og magnetoptiske effekter er stærkere i højt ordnede strukturer. Med andre ord, enkeltkrystallinsk materiale er bedre til at opnå bedre magnetiske egenskaber, " forklarer adjunkt Taichi Goto, "Imidlertid, jernsubstitueret strontiumtitanat aflejret ved et vist ilttryk er anderledes."

STF-filmene blev fremstillet ved pulserende laserafsætning ved forskellige tryk direkte på siliciumsubstrat, og krystallinsk struktur og magnetiske egenskaber blev karakteriseret systematisk. En prøve afsat ved et vist tryk viste signifikant stærkere magnetisme og større Faraday-rotationsvinkel (magnetoptiske effekter) ved stuetemperatur. Adskillige tests, der analyserer oxygenstøkiometrien og de tilsvarende Fe-valenstilstande, struktur og belastningstilstand, og tilstedeværelsen af ​​små-volumen fraktioner af jern afslørede, at nanostrukturen og klynging af elementerne forbedrede magnetismen.

Disse resultater viser den brede mulighed for, at polykrystallinske film anvendes i siliciumbaserede enheder. I denne avis, integrationen af ​​STF-film med 0,1 mm skala optisk resonator blev demonstreret. Yderligere, integrationen af ​​sådanne nye oxider med konventionelle enhedskoncepter ville bane vejen for interessante systemer i fremtiden.

Varme artikler