Nickelmonosilicid (NiSi) används ofta för att ansluta transistorer i halvledarkretsar. Tidigare teoretiska beräkningar hade felaktigt förutspått att NiSi inte var magnetiskt. Som ett resultat hade forskare aldrig helt utforskat magnetism i NiSi.
Nyligen använde emellertid forskare neutronspridning för att identifiera en svårfångad form av magnetisk ordning i NiSi. Forskningen publiceras i tidskriften Advanced Materials .
Magnetismen består av magnetiska spinn (lite som kompassnålar) av intilliggande nickelatomer. Dessa snurr pekar i första hand mitt emot varandra med en liten kollektiv lutning i en riktning. Magnetismen kvarstår vid temperaturer långt över elektronikens driftstemperatur. Dessutom kan denna magnetism vändas med små magnetfält.
Eftersom NiSi används flitigt av halvledarindustrin är den redan kompatibel med chiptillverkning. Fysiker använde neutronspridning vid Spallation Neutron Source, en Department of Energy-användaranläggning vid Oak Ridge National Laboratory, för att avslöja magnetisk ordning i enkristall NiSi som inte tidigare varit känd.
Den magnetiska ordningen är i första hand icke-centrosymmetrisk (saknar inversionssymmetri) och antiferromagnetisk (AFM) med en liten snedställning av spinn som ger en mycket liten okompenserad magnetisering. Ordern kvarstår till temperaturer på minst 700 Kelvin – långt över elektronikens driftstemperaturer.
Den okompenserade magnetiseringen kan omkopplas helt av små magnetiska fält, och magnetiska fält kan också störa den underliggande AFM-ordningen. Den okompenserade magnetiseringen, även om den är liten, är avgörande för den observerade anomala Hall-effekten (koppling av magnetiska och elektroniska egenskaper) som är anmärkningsvärd för ett övervägande AFM-material.
Den robusta magnetiska strukturen och kopplingen av magnetiskt-elektroniska egenskaper hos NiSi erbjuder möjligheten att använda NiSi för magnetiska minnesapplikationer. Forskargruppen tillämpade också densitetsfunktionsteori i kombination med själv-(elektron)interaktionskorrektionsmetoden (istället för att använda den lokala densitetsapproximationen) för att identifiera ursprunget till magnetism som härrör från hybridisering mellan Ni 3d-orbitaler och Si sp-tillstånd.
Att utnyttja den nyupptäckta magnetismen hos NiSi i halvledare kan leda till snabbare datorer och datorminne. Den unika magnetismen i NiSi är attraktiv eftersom elektronik som använder magnetism för att lagra och bearbeta data är pålitlig, snabb och liten. Resultatet är ökad kapacitet till lägre kostnader. Arbetet belyser också behovet av förbättringar av hur forskare tillämpar konventionell modellering på vissa material.
