Forskere foreslår nyt hukommelseslagermineral

(PhysOrg.com) - Forsker Derek Stewart siger, at mineralet kotoit kunne være en ideel isolator til hukommelseslagringsenheder kaldet magnetiske tunnelforbindelser.

Gennembrud inden for elektronik er ofte resultatet af at finde det helt rigtige materiale til en enhed - som wolfram i elpærer eller silicium i transistorer. Nu, en Cornell-forsker mener, at mineralet kotoit kunne være en ideel isolator til hukommelseslagringsenheder kaldet magnetiske tunnelforbindelser, findes i computere, mobiltelefoner og magnetfeltsensorer.

Arbejdet, bygger på tidligere forskning foretaget af andre Cornell -forskere, er udgivet af Derek Stewart, Cornell NanoScale Science and Technology Facility's computational research associate, i 17. december online udgave af Nano bogstaver (kommer senere på tryk).

Magnetiske tunnelforbindelser er lavet af en sandwich af to magneter, typisk jernbaseret, med et oxid i midten kun nanometer tykt. Elektroner "tunneler" mellem de to magneter, og oxidet filtrerer information fra elektronernes spin-tilstande for at skabe det, der kaldes ikke-flygtig hukommelse, som ikke kræver elektricitet til at gemme oplysninger. Disse junctions bruges også som meget følsomme magnetiske sensorer eller læsehoveder til harddiske, da enhedsstrømmene afhænger af den relative orientering af jernlagets magnetiske poler.

Cornell-forskere, herunder Robert Buhrman, John Edson Sweet professor i ingeniørvidenskab, og Dan Ralph, Horace White Professor i fysik, har været på forkant med denne teknologi i flere år.

I industrien i dag, de fleste magnetiske tunnelforbindelser bruger aluminiumoxid som isolator. Men i laboratorier over hele verden, magnesiumoxid bliver testet som en næste generations isolator, fordi dens kubiske krystalstruktur passer godt til de metalliske ledninger, muliggør mere effektiv filtrering af elektroner. John Læs, en tidligere kandidatstuderende i Buhrmans laboratorium (nu postdoc ved National Institute of Standards and Technology), opdagede ved et uheld, at grundstoffet bor, som han havde brugt på Cornell, mens han fremstillede magnetiske tunnelkryds for at hjælpe med at glatte materialegrænsefladerne, lækkede ind i isolatorerne og dannede en krystal, snarere end at sprede sig væk efter hensigten. Alligevel virkede enhederne stadig.

Nysgerrig, holdet benyttede Stewarts beregningsekspertise for at arbejde baglæns og finde ud af, hvilket specifikt materiale der utilsigtet kan være blevet skabt mellem de to magneter som følge af borforurening.

Tæthedsfunktionelle beregninger bragte Stewart til kotoit (Mg ₃ B ₂ O ₆ ), et magnesiumoxid, der også har to boratomer, der matcher godt med magneternes kemi, muliggør god elektronfiltrering, og har en lidt anderledes krystalform end almindeligt magnesiumoxid (MgO). Han demonstrerede også, at mineralets krystalform - ortorombisk, i modsætning til magnesiumoxids kubiske symmetri - kunne føre til endnu bedre elektronspinsfiltrering.

"Derek gjorde et smukt stykke arbejde med at demonstrere, at de symmetriargumenter, man laver for magnesiumoxid, kan demonstreres for [kotoite], " sagde Læs.