Forskere gør en overraskende opdagelse:Magnetisme i et fælles materiale til mikroelektronik

Nikkelmonosilicid (NiSi) er meget brugt til at forbinde transistorer i halvlederkredsløb. Tidligere teoretiske beregninger havde forkert forudsagt, at NiSi ikke var magnetisk. Som et resultat havde forskere aldrig fuldt ud udforsket magnetisme i NiSi.

For nylig brugte forskere imidlertid neutronspredning til at identificere en undvigende form for magnetisk orden i NiSi. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Advanced Materials .

Magnetismen består af magnetiske spins (lidt som kompasnåle) af tilstødende nikkelatomer. Disse spins peger primært modsat hinanden med en lille samlet tilt i én retning. Magnetismen varer ved ved temperaturer langt over elektronikens driftstemperatur. Desuden kan denne magnetisme vendes med små magnetfelter.

Fordi NiSi er flittigt brugt af halvlederindustrien, er den allerede kompatibel med chipfremstilling. Fysikere brugte neutronspredning ved Spallation Neutron Source, en Department of Energy-brugerfacilitet ved Oak Ridge National Laboratory, til at afdække magnetisk orden i enkeltkrystal NiSi, som ikke tidligere havde været kendt.

Den magnetiske rækkefølge er primært ikke-centrosymmetrisk (mangler inversionssymmetri) og antiferromagnetisk (AFM) med en lille skråning af spins, hvilket giver en meget lille ukompenseret magnetisering. Ordren fortsætter til temperaturer på mindst 700 Kelvin - et godt stykke over elektronikens driftstemperaturer.

Den ukompenserede magnetisering kan omskiftes fuldt ud af små magnetiske felter, og magnetiske felter kan også forstyrre den underliggende AFM-rækkefølge. Den ukompenserede magnetisering, selvom den er lille, er afgørende for den observerede unormale Hall-effekt (kobling af de magnetiske og elektroniske egenskaber), som er bemærkelsesværdig for et overvejende AFM-materiale.

Den robuste magnetiske struktur og koblingen af ​​magnetisk-elektroniske egenskaber af NiSi giver mulighed for at bruge NiSi til magnetiske hukommelsesapplikationer. Forskerholdet anvendte også tæthedsfunktionel teori kombineret med selv-(elektron)interaktionskorrektionsmetoden (i stedet for at bruge den lokale tæthedstilnærmelse) for at identificere oprindelsen af ​​magnetisme som opstået fra hybridisering mellem Ni 3d-orbitaler og Si sp-tilstande.

Udnyttelse af den nyligt opdagede magnetisme af NiSi i halvledere kan føre til hurtigere computere og computerhukommelse. Den unikke magnetisme i NiSi er attraktiv, fordi elektronik, der bruger magnetisme til at lagre og behandle data, er pålidelig, hurtig og lille. Resultatet er øget kapacitet til lavere omkostninger. Arbejdet fremhæver også behovet for forbedringer i, hvordan videnskabsmænd anvender konventionel modellering på visse materialer.