Skiller sig ud:Usædvanlig magnetisk overgang i perovskitoxid kan hjælpe med at øge spintronics

Overgangsmetalperovskitoxider udviser flere ønskelige egenskaber, herunder høj temperatur superledning og elektrokatalyse. Nu, forskere ved Tokyo Institute of Technology undersøger strukturen og egenskaberne af et perovskitoxid, PbFeO ₃ , i påvente af den usædvanlige ladningsfordeling og eksotiske magnetiske overgange, der vises af sådanne systemer. De rapporterer to af de magnetiske overgange, med en karakteristisk overgang over stuetemperatur og undersøge dens årsager, åbning af døre til potentielle applikationer i realiseringen af ​​nye spintronic -enheder.

Fremkomsten af ​​elektronik har revolutioneret vores liv i et omfang, hvor det er umuligt at forestille sig at gå om vores dag uden at stole på en elektronisk enhed i en eller anden form. Hvad der er endnu mere bemærkelsesværdigt, imidlertid, er, at vi kan forbedre disse enheder endnu mere ved at udnytte elektronens 'spin' - en egenskab, der får elektronen til at opføre sig som en magnet - for at skabe hukommelsesenheder, der er hurtigere og bruger lavere strøm end traditionel elektronik. Derfor, det felt, der er afsat til denne bestræbelse, passende kaldet 'spintronics, 'er afhængig af at udnytte elektronens "spin -tilstand". Imidlertid, at kontrollere spin kan være ekstremt vanskelig, en kendsgerning, der ofte leder forskere på jagt efter materialer med ordnede spin -tilstande.

Deres opmærksomhed har for nylig henvendt sig til blybaserede overgangsmetalperovskitoxider, en klasse materialer repræsenteret af PbMO ₃ (hvor M angiver 3d -overgangsmetalion), der viser temmelig interessante faseovergange i spin -tilstande, gør dem tiltalende til praktiske anvendelser.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , et team af forskere fra Kina, Japan, Taiwan, Schweiz, Tyskland, Frankrig, og U.S. undersøgte perovskitoxidet PbMO ₃ , en forbindelse, der har undgået inspektion indtil nu, på grund af vanskeligheder med at syntetisere prøver og løse dens krystalstruktur. "Perovskit -familien af ​​PbMO3 udviser komplekse ladningsfordelinger og RFeO ₃ (R =sjælden jord) viser flere interessante spin-relaterede egenskaber, såsom laserinduceret ultrahurtig centrifugering, så vi forventer lignende karakteristisk ladningsfordeling og rige spin-state-overgange for PbMO ₃ , "kommenterer prof. Masaki Azuma fra Tokyo Institute of Technology, Japan og prof. Youwen Long fra Chinese Academy of Science, der ledede undersøgelsen.

Følgelig, teamet undersøgte strukturen, ladetilstand, og magnetiske egenskaber af PbMO ₃ ved hjælp af en række karakteriseringsteknikker og bakket deres observation op med beregninger af densitet funktionel teori (DFT).

Teamet fandt ud af, at PbMO ₃ krystalliseret til en unik "ladningsordnet" tilstand, hvor et lag af Pb2+ -ioner blev sammenflettet af to lag bestående af en blanding af Pb ²⁺ og Pb ⁴⁺ ioner i et 3:1 -forhold, langs lagstableringsretningen. Ved afkøling af prøven fra høj temperatur, holdet observerede to forskellige magnetiske faseovergange:en svag ferromagnetisk overgang, der forekommer ved 600 K (327 ° C) karakteriseret ved en 'canted antiferromagnetic' spin -ordning (modsat rettet nabospins), og en kontinuerlig centrifugeringsorientering (SR) -overgang ved 418 K (145 ° C).

SR -overgangen, selvom det er almindeligt i alle RFeO ₃ perovskitter, skilte sig ud i dette tilfælde, fordi det forekom ved en meget højere temperatur i forhold til dem for andre perovskitter, og i modsætning til de R — Fe magnetiske interaktioner, der normalt identificeres som årsagen til denne overgang, der var ingen sådan modstykke i tilfælde af PbMO ₃ . For at løse gåden, forskere vendte sig til DFT -beregninger, som afslørede, at den unikke afgift bestilling i PbMO ₃ førte til dannelsen af ​​to Fe ³⁺ undergitter med konkurrerende energier, der, på tur, forårsagede den særegne SR -overgang.

Teamet er begejstret for disse fund og deres konsekvenser for fremtidige applikationer. "Vores arbejde giver en ny vej til at studere ladningsordningsfasen og særprægede SR -overgang med potentielle applikationer i spintronic -enheder på grund af den høje overgangstemperatur og mulig tuning, "bemærker den teoretiske teamleder, Prof. Hena Das.

Én ting er sikkert - vi er et skridt tættere på at gøre spintronics til morgendagens virkelighed.