Kæmpe ladningstæthedsforstyrrelser opdaget i nanomaterialer

Tyske forskere har bl. ved hjælp af computersimuleringer, opdagede en kombination af materialer, der styrker de såkaldte Friedel-oscillationer og bundter dem, som med en linse, i forskellige retninger. Med en rækkevidde på 50 nanometer, disse 'gigantiske anisotropiske ladningstæthedsoscillationer' er mange gange større end normalt og åbner op for nye muligheder inden for nanoelektronik for at udveksle eller filtrere magnetisk information.

I metaller som kobber eller aluminium, såkaldte ledningselektroner er i stand til at bevæge sig frit rundt, på samme måde som partikler i en gas eller en væske. Hvis, imidlertid, urenheder implanteres i metallets krystalgitter, elektronerne klynger sig sammen i et ensartet mønster omkring interferenspunktet, ligner de krusninger, der opstår, når en sten kastes i en vandpøl. Forskere i Jülich har, ved hjælp af computersimuleringer, nu opdaget en kombination af materialer, der styrker disse Friedel-oscillationer og bundter dem, som med en linse, i forskellige retninger. Med en rækkevidde på 50 nanometer, disse "gigantiske anisotropiske ladningstæthedsoscillationer" er mange gange større end normalt og åbner op for nye muligheder inden for nanoelektronik for at udveksle eller filtrere magnetisk information.

Undersøgelsen er netop offentliggjort i Naturkommunikation gik forud for en ekstraordinær opdagelse:forskere ved Peter Grünberg Instituttet i Jülich bemærkede mærkeligt formede elektronbølger i billeder opnået ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi. Billederne viste overfladen af ​​en tynd film af jern med ilturenheder. "Bølgemønsteret bestod ikke af lukkede ringe, som man normalt ville forvente, men spredt ud på tværs fra interferenspunktet i fire forskellige retninger", rapporterede Dr. Samir Lounis.

Årsagen til den usædvanlige fordeling af elektrontæthedsudsvingene er materialets praktisk talt firkantede Fermi-overflader. Elektronerne med mest energi i en atomforbindelse er dem, der bevæger sig rundt på Fermi-overfladerne. Formen på Fermi-overfladerne og elektronernes mobilitet bestemmer metallernes fysiske egenskaber. Fermi overflader er ofte cirkulære eller firkantede med afrundede kanter.

"De næsten flade Fermi-overflader på vores prøver fungerer som en forstærker for Friedel-oscillationer, som breder sig vinkelret på overfladerne", forklarer Lounis. Forskerne har fundet ud af, at denne effekt kan forstærkes væsentligt ved at variere tykkelsen af ​​metallet. Afhængigt af antallet af tilstedeværende atomlag, bunker af Fermi-overflader dannes; jo flere der er af dem, jo større svingninger. Forskerne kaldte denne effekt "Giant Anisotropic Charge Density Oscillations".

I princippet, oscillationerne kunne bruges til at udveksle information mellem individuelle magnetiske urenheder og yderligere øge integrationsniveauet af nanoelektroniske komponenter. Da oscillationerne hovedsageligt produceres af spins i en enkelt orientering, de kunne også danne grundlag for såkaldte spin-filterelementer, som er vigtige komponenter i spintronic applikationer.