Forskerhold bestemmer, hvordan elektronspin interagerer med krystalgitter i nikkeloxid

Forskere ved UC Riverside brugte en ukonventionel tilgang til at bestemme styrken af ​​elektronspin-interaktionerne med de optiske fononer i antiferromagnetiske nikkeloxid (NiO) krystaller.

NiO er et lovende materiale til spintroniske enheder, hvor signaler ikke transmitteres af elektriske strømme, men snarere af spinbølger, bestående af udbredelsesforstyrrelser i rækkefølgen af ​​magnetiske materialer, på en domino-lignende måde. Det tværfaglige team af forskere, ledet af Alexander Balandin, anerkendt professor i elektro- og computerteknik, brugt ultraviolet Raman-spektroskopi til at undersøge, hvordan spin-bestilling påvirker energierne af fononer i disse materialer. Fononer er mængder af vibrationer af ioner, som udgør materialernes krystalgitter. Fononer kan interagere med elektroner og deres spins, fører til energitab. Praktiske anvendelser af spintroniske enheder i informationsbehandling kræver nøjagtig viden om styrken af ​​elektronspin-interaktionen med fononer.

"På trods af det faktum, at nikkeloxid er blevet undersøgt i mange år, mysterier forblev, " sagde Balandin. "Vores resultater kaster lys over nogle af de mangeårige gåder omkring dette materiale, svælger usædvanlig spin-phonon-kobling."

UC Riverside-teamet inkluderede også Jing Shi, professor i fysik, og Roger Lake, professor i elektro- og computerteknik, ud over medlemmer af deres forskningsgrupper, kandidatstuderende, og postdoktorale forskere.

"Vores team var i stand til at udføre denne opgave ved at bruge Raman-spektroskopi med en ultraviolet laser, i stedet for konventionelle lasere til synligt lys. Tricket virkede, fordi relevante fonontoppe kan ses med meget bedre opløsning i spektret af nikkeloxid under ultraviolet laserexcitation, " tilføjede Balandin.

Undersøgelsen af ​​spin-fonon-interaktionen vil have vigtige implikationer for udviklingen af ​​spintroniske enheder. I modsætning til konventionelle elektroniske transistorer, spintronic-enheder koder og kommunikerer information, ikke med de elektriske strømme, men snarere med spin-strømmene eller spin-bølger. Af denne grund, elektrisk isolerende magnetiske materialer, såsom nikkeloxid, kan bruges til hukommelseslagring og informationsbehandling.

Undgå elektriske strømme, spintronic-enheder har et potentiale for ultrahurtig drift med lavt energiforbrug. Interaktion med fononer er en af ​​energispredningsmekanismerne i spintronik. Dataene rapporteret af UCR-forskerne kan hjælpe med at optimere designet af spintroniske enheder ved at ændre fononegenskaber og den måde, fononer interagerer med elektronspin.

"Vi håber, at vores resultater vil bidrage til en bedre forståelse af mekanismerne for spinbølge-interaktioner med krystalgitterets vibrationer, og energitabskanaler i nikkeloxidenheder, " sagde Balandin. "Det næste skridt vil være undersøgelse af spin-fonon-interaktionen i nanoskala tynde film og strukturer lavet af dette vigtige antiferromagnetiske materiale."

"Spin-Phonon Coupling in Antiferromagnetic Nickel Oxide" blev offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .