Forskare vid UC Riverside använde ett okonventionellt tillvägagångssätt för att bestämma styrkan hos elektronspininteraktionerna med de optiska fononerna i antiferromagnetiska nickeloxid (NiO) kristaller.

NiO är ett lovande material för spintroniska enheter, där signaler inte överförs av elektriska strömmar utan snarare av spinnvågor, bestående av utbredningsstörningar i ordningen av magnetiska material, på ett dominoliknande sätt. Det tvärvetenskapliga teamet av forskare, ledd av Alexander Balandin, framstående professor i elektro- och datateknik, använde ultraviolett Raman-spektroskopi för att undersöka hur spinnordning påverkar energierna hos fononer i dessa material. Fononer är kvanta av vibrationer av joner, som utgör materialens kristallgitter. Fononer kan interagera med elektroner och deras snurr, leder till energiförlust. Praktiska tillämpningar av spintroniska anordningar i informationsbehandling kräver noggrann kunskap om styrkan hos elektronspininteraktionen med fononer.

"Trots att nickeloxid har studerats i många år, mysterier kvarstod, " Sa Balandin. "Våra resultat kastar ljus över några av de långvariga pusslen kring detta material, en ovanlig spin-phonon-koppling."

UC Riverside-teamet inkluderade också Jing Shi, professor i fysik, och Roger Lake, professor i el- och datateknik, förutom medlemmar i sina forskargrupper, studenter, och postdoktorala forskare.

"Vårt team kunde utföra denna uppgift genom att använda Raman-spektroskopi med en ultraviolett laser, istället för konventionella lasrar för synligt ljus. Tricket fungerade eftersom relevanta fonontoppar kan ses med mycket bättre upplösning i spektrumet av nickeloxid under ultraviolett laserexcitation, " tillade Balandin.

Undersökningen av spin-fonon-interaktionen kommer att ha viktiga konsekvenser för utvecklingen av spintroniska enheter. Till skillnad från konventionella elektroniska transistorer, spintronic-enheter kodar och kommunicerar information, inte med de elektriska strömmarna, utan snarare med spinnströmmarna eller spinnvågorna. Av denna anledning, elektriskt isolerande magnetiska material, som nickeloxid, kan användas för minneslagring och informationsbehandling.

Undvik elektriska strömmar, spintronic-enheter har potential för ultrasnabb drift med låg energiförlust. Interaktion med fononer är en av energiavledningsmekanismerna inom spintronik. Data som rapporterats av UCR-forskarna kan hjälpa till att optimera designen av spintroniska enheter genom att ändra fononegenskaper och hur fononer interagerar med elektronsnurr.

"Vi hoppas att våra resultat kommer att bidra till bättre förståelse av mekanismer för spinnvågsinteraktioner med kristallgittrets vibrationer, och energiförlustkanaler i nickeloxidenheter, "Nästa steg kommer att vara undersökning av spin-fonon-interaktionen i tunna filmer och strukturer i nanoskala gjorda av detta viktiga antiferromagnetiska material."

"Spin-Phonon Coupling in Antiferromagnetic Nickel Oxide" publicerades i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .