Sætter et spin på Heusler-legeringer

En undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer opsummerer de vigtigste resultater, der er opnået til dato inden for Heusler-legeringsforskning. "Vores reviewartikel kan tjene som en ideel reference for forskere i magnetiske materialer, " siger Atsufumi Hirohata fra University of York, Storbritannien, der har specialiseret sig i spintronik.

Spintronics, også kendt som spinelektronik, er et felt inden for anvendt fysik, der studerer brugen af ​​elektronspin, i stedet for deres ansvar, at transportere information i solid-state enheder, med reduktion i strømforbrug og forbedringer i hukommelse og behandlingsmuligheder.

En kategori af materialer, der viser meget lovende på dette område, er Heusler-legeringer:materialer dannet af en eller to dele metal X, en del metal Y, og en del metal Z, hver kommer fra en særskilt del af det periodiske system af grundstoffer. Det interessante ved disse legeringer er, at individuelt, metallerne er ikke magnetiske, men når det kombineres, de bliver magnetiske.

En stor fordel ved Heusler-legeringer til spintroniske enheder er evnen til at kontrollere deres unikke elektriske og magnetiske egenskaber, som er et resultat af elektronspin, ved at foretage ændringer i deres krystallinske strukturer. Men dette kræver meget høje temperaturer, som forskerne ønsker at reducere.

I løbet af de sidste par årtier, forskere har arbejdet på metoder til at dyrke Heusler-legeringsfilm ved stuetemperatur på specielle substrater med krystalgitre, der ligner legeringens. Samspillet mellem de to gitter kan føre til udvikling af halvmetallicitet i Heusler-legeringen, hvor kun elektroner, der spinder i én orientering, ledes gennem materialet, mens de, der spinder i en anden, ikke er det.

Forskere skal være i stand til at måle materialers egenskaber for at kunne udføre deres undersøgelser. Atomstrukturen af ​​Heusler-legeringer kan observeres direkte ved røntgendiffraktion og indirekte måles ved at undersøge forholdet mellem materialets modstand mod en elektrisk strøm og temperaturændringer. Andre teknikker er også tilgængelige til at måle deres magnetiske egenskaber.

Hirohata og hans kolleger arbejder i øjeblikket på at fremstille en metallisk magnetisk forbindelse lavet af Heusler-legeringsfilm. Disse samlinger er lavet af to ferromagneter adskilt af en tynd isolator. Når det isolerende lag er tyndt nok, elektroner er i stand til at tunnelere fra den ene ferromagnet til den anden. Der er lav modstand mod elektronbevægelse, så længe et eksternt magnetfelt påføres, men så snart det er fjernet, materialet bliver meget modstandsdygtigt over for elektronbevægelser. "Disse enheder forventes at erstatte aktuelt brugte hukommelsesceller og magnetiske sensorer, " siger Hirohata. Holdet håber at udvikle metalliske magnetiske forbindelser med meget større magnetoresistens end den nuværende rekord ved stuetemperatur, realisere et næste generations minde for et bæredygtigt samfund.