Forskare vid North Carolina State University har funnit att det keramiska oxidmaterialet lanthanum strontium manganite (LSMO) behåller sina magnetiska egenskaper i atomtunna lager om det är "inklämt" mellan två lager av en annan keramisk oxid, lantanstrontiumkromoxid (LSCO). Resultaten har konsekvenser för framtida användning av LSMO i spintronic-baserade dator- och lagringsenheter.

I sin bulkform har LSMO både magnetiska och metalliska egenskaper. Materialets konduktivitet kan ändras genom att ändra dess magnetfält, vilket gör LSMO tilltalande för användning som switch i spintronic -enheter. Dock, när materialet når en viss tunnhet - mellan fem och 10 atomlager - förlorar det dessa egenskaper.

Gudomlig Kumah, biträdande professor i fysik vid NC State och motsvarande författare till ett papper som beskriver arbetet, ville veta varför LSMO förlorar sina magnetiska egenskaper vid en viss tunnhet, och att hitta ett sätt att göra LSMO magnetisk i tunn form.

Kumah, med kollegor och doktorander från NC State, växte först tunna filmer av LSMO på strontiumtitanat-ett icke-magnetiskt substrat som vanligtvis används som en neutral byggnadsställning. Teamet odlade filmer från två till tio atomlager tjocka och testade dem för magnetiska egenskaper.

Nästa, laget använde synkrotronljuskällan vid Argonne National Laboratory så att de kunde få en tredimensionell bild av atomernas placering i de tunna skikten av LSMO. De fann att vid extrem tunnhet, syre- och manganatomerna rörde sig något ur linje med materialets yta, effektivt stänger av sin magnetism.

"Vid ungefär fem atomlager såg vi snedvridningar på lagrets yta och i det nedre gränssnittet med ställningen, "Säger Kumah." Syre- och manganatomerna ordnar om sig själva. Magnetism och elektrisk konduktivitet i LSMO är relaterade till hur dessa två atomer binder, så om det finns polära snedvridningar i filmen där de rör sig upp och ner, bindningarna sträcker sig ut, elektroner kan inte röra sig genom materialet effektivt och magnetismen är avstängd. "

Teamet noterade att dessa snedvridningar började högst upp på filmen och sträckte sig cirka tre lager under ytan.

"Vi fann att snedvridningarna uppstår eftersom kristallstrukturen skapar ett elektriskt fält vid ytan, "Kumah säger." Syre- och manganatomerna rör sig för att avbryta det elektriska fältet. Vår utmaning var att växa något på gränssnitten som är kompatibelt med LSMO strukturellt men som också är isolerande - så att vi tar bort det elektriska fältet, stoppa rörelsen för syre- och manganatomerna och behålla magnetiska egenskaper. "

Forskarna fann att genom att använda två lager av LSCO på vardera sidan av LSMO, LSMO kunde behålla sina magnetiska egenskaper vid två atomlager.

"Det är som en smörgås - LSCO är brödet och LSMO är köttet, "Säger Kumah." Du kan använda färre än fem lager LSMO i detta arrangemang utan atomförskjutning. Förhoppningsvis har vårt arbete visat att dessa material kan vara tillräckligt tunna för att vara användbara i spintronics -enheter. "