Ultratynd film af magnetit optimeret til spintronik

Fig.1 Forskningsresumé:En ultratynd magnetitfilm af høj kvalitet er blevet fremstillet på en perfekt krystallinsk overflade af vækstsubstratet, som blev behandlet med vores originale højpræcisionspoleringsteknik. Ved at reducere antallet af defekter på substratet kunne de fremragende overgangsegenskaber, der er forbundet med magnetit, opnås. Kredit:Ai I. Osaka et al.

Fra praktiske applikationer såsom sikker kommunikation til komplekse videnskabelige spørgsmål såsom hvordan hjernen fungerer, er klassisk databehandling ikke altid op til opgaven. Nu har forskere fra Japan gjort en opdagelse, der vil forbedre elektronikteknologien til sådanne avancerede applikationer.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i ACS Applied Nano Materials , forskere fra Osaka University og samarbejdspartnere har forberedt en ultratynd film af magnetit, der indtil nu ikke var blevet tilstrækkeligt bestilt til at opnå sit fulde potentiale.

Spintronics er en avanceret version af elektronik, der bruger både ladning og elektronspin til energioverførsel og lagring. Magnetit - et almindeligt jernoxidmineral - kan være nyttigt til spintronics-teknologi på grund af dets fascinerende fysiske egenskaber. For eksempel kan en mindre stimulus hurtigt ændre funktionaliteten af magnetitfilmen fra et metals til en isolator. Sådanne funktionaliteter afhænger kritisk af magnetittens krystallinitet. Især for ultratynde film, der anvendes i enhedsapplikationer, er det vanskeligt at fremstille magnetit med høj krystallinitet på grund af ufuldkommenheden af substratoverfladen, som er grundlaget for den tynde film. Det er dog vanskeligt at forberede en atomisk ordnet og ekstremt flad overflade over et helt underlag. At overvinde denne udfordring ved at forbedre konventionelle kemiske poleringsteknikker er noget, som forskerne ved Osaka University sigtede mod.

Fig.3 Overgangsegenskaber for en ultratynd magnetitfilm af høj kvalitet. En klar ændring i resistivitet blev observeret. Kredit:Ai I. Osaka et al.

"Ensartetheden og egenskaberne af tynde film afhænger af perfektionen af det underliggende substrat," forklarer hovedforfatter af undersøgelsen Ai Osaka. "Konventionelle teknologier til fremstilling af enkeltkrystalsubstrater ofrer krystalliniteten for at optimere fladheden, men det begrænser ydeevnen af den overliggende magnetitfilm."

Forskerne brugte en kemisk poleringsteknik - kendt under dens akronym CARE - til at forberede et atomisk fladt og højt ordnet magnesiumoxidsubstrat. Magnetit aflejret på dette ultraglatte substrat udviser overlegen krystallinitet og ledende egenskaber sammenlignet med magnetit aflejret på et konventionelt substrat.

Fig.2 Et skema over vores originale poleringsteknik, CARE. Selektiv fjernelse af atomer fra det konvekse skrog fører til en atomisk flad overflade. Kredit:Ai I. Osaka et al.

"CARE-behandling af substratet gjorde det muligt for den tynde film at gennemgå en temperaturafhængig resistivitetsændring - kendt som Verwey-overgangen - på en faktor på 5,9," siger seniorforfatter Azusa Hattori. "Dette er uden fortilfælde over store områder, men alligevel afgørende for implementering."

Disse resultater har vigtige anvendelser. Foreslåede kvantecomputerteknologier kan være afhængige af spintronics for at optimere logistiske, biokemiske og kryptografiske problemer, der besejrer klassisk computerbehandling. Osaka University-forskerne har taget et vigtigt skridt hen imod at gøre det muligt for magnetit at tjene som basismateriale for spintronik og anden avanceret elektronik, som vil transformere liv og arbejde i de kommende årtier. + Udforsk yderligere

Magnetit nanotråde med skarp isolerende overgang

Sidste artikelVisualisering af temperaturtransport:En uventet teknik til karakterisering af nanoskala

Næste artikelMagneten:Grafenlignende 2D-materiale udnytter kvanteeffekter for at opnå ultra-lav friktion