Forskere fremstiller rækker af atomisk glatte jernbelagte siliciumpyramider med usædvanlige magnetiske egenskaber

Ultrasmå integrerede kredsløb har revolutioneret mobiltelefoner, Hvidevarer, biler, og andre hverdagsteknologier. For yderligere at miniaturisere elektronik og aktivere avancerede funktioner, kredsløb skal være pålideligt fremstillet i tre dimensioner. At opnå ultrafin 3-D formkontrol ved at ætse ind i silicium er svært, fordi selv atomskader reducerer enhedens ydeevne. Forskere ved Nara Institute of Science and Technology (NAIST) har offentliggjort en ny undersøgelse i Krystalvækst og design hvori de ætsede silicium for at antage formen af ​​atomisk glatte pyramider. At belægge disse siliciumpyramider med et tyndt lag jern bidrog med magnetiske egenskaber, som indtil nu kun var teoretiske.

NAIST-forsker og seniorforfatter til undersøgelsen Ken Hattori er bredt publiceret inden for atomisk styret nanoteknologi. Et fokus i Hattori's forskning er at forbedre funktionaliteten af ​​siliciumbaseret teknologi.

"Silicon er arbejdshesten i moderne elektronik, fordi det kan fungere som en halvleder eller en isolator, og det er et rigeligt element. Imidlertid, fremtidige teknologiske fremskridt kræver atomisk glat fremstilling af enheder i tre dimensioner, " siger Hattori.

En kombination af standard tørætsning og kemisk ætsning er nødvendig for at fremstille arrays af pyramideformede siliciumnanostrukturer. Indtil nu, atomisk glatte overflader har været ekstremt udfordrende at forberede.

"Vores ordnede række af ligebenede siliciumpyramider var alle af samme størrelse og havde flade facetplaner. Vi bekræftede disse fund ved lav-energi elektrondiffraktionsmønstre og elektronmikroskopi, " forklarer hovedforfatter af undersøgelsen Aydar Irmikimov.

En ultratynd, 30 nanometer lag af jern blev afsat på silicium for at bibringe usædvanlige magnetiske egenskaber. Pyramidernes orientering på atomniveau definerede orienteringen, og dermed, det overliggende jerns egenskaber.

"Epitaksial vækst af jern muliggjorde formanisotropi af nanofilmen. Kurven for magnetiseringen som funktion af magnetfeltet var rektangulær, men med brudpunkter, der var forårsaget af asymmetrisk bevægelse af magnetisk hvirvel bundet i pyramidespidsen, " forklarer Hattori.

Forskerne fandt ud af, at kurven ikke havde nogen brudpunkter i analoge eksperimenter udført på plan jernbelagt silicium. Andre forskere har teoretisk forudsagt den anomale kurve for pyramideformer, men NAIST-forskerne er de første, der har vist det i en rigtig nanostruktur.

"Vores teknologi vil muliggøre fremstilling af et cirkulært magnetisk array blot ved at justere formen på substratet, " siger Irmikimov. Integration i avancerede teknologier såsom spintronics, som koder information ved spin snarere end elektrisk ladning af en elektron, vil fremskynde funktionaliteten af ​​3-D elektronik betydeligt.