Hvor lavt kan du gå? Forskere laver magnetiske plader kun nanometer tykke

(PhysOrg.com) -- Brug af banebrydende spektroskopi ved atomopløsninger, forskere har opdaget, hvordan man dyrker ultratynde manganitfilm, mens de bevarer deres magnetiske egenskaber.

Materialer gør sjove ting på nanoskalaen. Et metaloxidkompleks kaldet lanthanstrontiummanganit er ferromagnetisk i store mængder. Men skaleret til nanometer tykkelse, det bliver en isolator og mister meget af sin ferromagnetisme. Samme materiale, forskellig adfærd.

Ved at bruge banebrydende spektroskopi ved atomopløsninger, forskere ledet af David A. Muller, professor i anvendt og teknisk fysik, har fundet ud af hvorfor dette sker, og hvordan man dyrker ultratynde manganitfilm, mens de bevarer deres magnetiske egenskaber. At perfektionere en sådan teknik kan bane vejen for, at manganitter og andre oxider kan erstatte silicium i tyndfilmselektronik, hukommelseslagring og andre teknologier.

Arbejdet er detaljeret beskrevet i et papir offentliggjort online 14. juni i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.

"En række forskergrupper har dyrket disse tynde lag før, og deres resultater antydede, at der er en kritisk tykkelse på 15 atomlag, hvorunder du ikke kunne få det til at udføre, " sagde postdoc associeret Lena Fitting Kourkoutis, avisens første forfatter. "Men vi viser, at vi kan gå meget lavere til en håndfuld atomlag og stadig holde det ledende."

Nøglen er at forstå, hvordan man vokser perfekt, fejlfrie manganitplader. Den kemiske sammensætning skal være helt korrekt, og selv det mindste brud i atomlagenes krystallinske gitter kan ødelægge filmenes ledningsevne. Disse defekter betyder ikke så meget i en større skala.

For at undersøge manganitprøver dyrket af deres samarbejdspartnere i Japan, forskerne brugte en teknik kaldet elektronenergitabsspektroskopi, udført i et scanningstransmissionselektronmikroskop. De brugte en teknik (beskrevet i et videnskabspapir fra 2008) kaldet aberrationskorrektion, som giver dem ekstrem præcision til at afbilde sammensætningen af ​​film kun atomer tyk.

Manganitter har et godt potentiale for det nye område af spintronics, som udnytter materialers elektronspin og magnetiske moment til brug i hukommelseslagringsteknologier.