Det växande fältet inom spintronics utnyttjar elektronspinn-i motsats till deras laddning-för att förbättra solid state-enheter som hårddiskar och mobiltelefonkomponenter genom att förlänga batteriets livslängd. Spintronic utveckling, dock, springer alltmer mot en barriär som kallas Slater-Pauling-gränsen, maximalt för hur tätt ett material kan packa sin magnetisering. Nu, en ny tunn film kommer att bryta igenom detta decennier gamla riktmärke.
Ett team av forskare från Montana State University och Lawrence Berkeley National Laboratory tillkännager denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik , att de konstruerade en stabil tunn film gjord av järn, kobolt och mangan som har ett genomsnittligt atommoment som potentiellt är 50 procent större än Slater-Pauling-gränsen. Tillverkad med en teknik som kallas molekylär stråle -epitaxy (MBE), den ternära kroppscentrerade kubiska (bcc) legeringen har en magnetiseringstäthet på 3,25 Bohr-magnetoner per atom, bäst det tidigare övervägda maxvärdet 2,45.
"Vad vi har är ett potentiellt genombrott i en av de viktigaste parametrarna för magnetiska material, "sa Yves Idzerda, en författare på tidningen från Montana State University. "Stora magnetiska ögonblick är som stålets styrka - ju större desto bättre."
Slater-Pauling-kurvan beskriver magnetiseringstäthet för legeringar. I årtionden, järnkobolt (FeCo) binära legeringar har regerat högst, postera ett maximalt genomsnittligt atommoment på 2,45 Bohr -magnetoner per atom och definiera strömgränsen för stabil legeringens magnetiseringstäthet. Tidigare, forskare blandade FeCo-legeringar med högmagnetiska övergångsmetaller, som mangan. När dessa ternära legeringar tillverkas, dock, de förlorar mycket av sin hemliga kopia-struktur, en nyckelkomponent till deras höga magnetism.
Istället, detta team vände sig till MBE, en noggrann teknik som liknar drapering av ett substrat med pärlor av enskilda metallatomer, ett lager i taget, för att skapa en 10-20 nanometer film av Fe 9 Co 62 Mn 29 . Ungefär 60 procent av de tillgängliga kompositionerna behöll bcc-strukturen som en tunn film, jämfört med endast 25 procent i bulk.
För att bättre förstå legeringens sammansättning och struktur, gruppen använde röntgenabsorptionsspektroskopi och reflektion med hög energi-elektrondiffraktion. Resultaten av röntgenmagnetisk cirkulär dikroism visade att det nya materialet gav ett genomsnittligt atommoment på 3,25 Bohr-magnetoner per atom. Vid test med en mer standardiserad vibrerande provmagnetometri, även om denna magnetiseringstäthet sjönk, den var fortfarande betydligt över Slater-Pauling-gränsen-2,72.
Idzerda sa att denna avvikelse kommer att ge områden för framtida forskning, tillägger att gränssnittet mellan mangan och substratet i kristallen kan stå för gapet.
"Jag har bevakat optimismen för detta eftersom tekniken vi använde är lite ostandard och vi måste övertyga gemenskapen om materialets prestanda, "Sa Idzerda.
Idzerda och hans team kommer nu att undersöka robustheten hos järn-kobolt-manganlegeringar, och effektivare tillverkningstekniker. De planerar också att utforska hur molekylär stråleepitaxi kan leda till andra mycket magnetiska tunna filmer, eventuellt blanda ihop fyra eller flera övergångsmetaller.
