En representation av mineralet kotoitens kristallstruktur. Syreatomerna är röda, och magnesiumatomerna är belägna i mitten av den gröna oktaedrarna. Boratomerna är belägna i mitten av de blå trianglarna som förbinder syreatomerna. Bild:Derek Stewart
(PhysOrg.com) - Forskaren Derek Stewart säger att mineralet kotoit kan vara en idealisk isolator för minneslagringsenheter som kallas magnetiska tunnelkorsningar.
Genombrott inom elektronik är ofta resultatet av att hitta precis rätt material för en enhet - som volfram i glödlampor eller kisel i transistorer. Nu, en Cornell-forskare tror att mineralet kotoit kan vara en idealisk isolator för minneslagringsenheter som kallas magnetiska tunnelövergångar, finns i datorer, mobiltelefoner och magnetfältssensorer.
Arbetet, bygger på tidigare forskning av andra Cornell-forskare, publiceras av Derek Stewart, Cornell NanoScale Science and Technology Facility:s beräkningsassistent, i onlineupplagan den 17 december av Nanobokstäver (kommer senare i tryck).
Magnetiska tunnelkorsningar är gjorda av en sandwich av två magneter, typiskt järnbaserade, med en oxid i mitten endast nanometer tjock. Elektroner "tunnel" mellan de två magneterna, och oxiden filtrerar information från elektronernas spinntillstånd för att skapa det som kallas icke-flyktigt minne, som inte kräver el för att lagra information. Dessa kopplingar används också som mycket känsliga magnetiska sensorer eller läshuvuden för hårddiskar, eftersom enhetsströmmarna beror på den relativa orienteringen av järnskiktens magnetiska poler.
Cornell forskare, inklusive Robert Buhrman, John Edson Sweet professor i teknik, och Dan Ralph, Horace White professor i fysik, har varit i framkant av denna teknik i flera år.
Inom industrin idag, de flesta magnetiska tunnelkorsningar använder aluminiumoxid som isolator. Men i laboratorier över hela världen, magnesiumoxid testas som nästa generations isolator, eftersom dess kubiska kristallstruktur passar bra med metallledningarna, möjliggör effektivare filtrering av elektroner. John Read, en före detta doktorand i Buhrmans labb (nu postdoktor vid National Institute of Standards and Technology), upptäckte av en slump att grundämnet bor, som han hade använt på Cornell när han tillverkade magnetiska tunnelkorsningar för att jämna ut materialgränssnitten, läckte in i isolatorerna och bildade en kristall, snarare än att spridas som avsett. Ändå fungerade enheterna fortfarande.
Nyfiken, teamet utnyttjade Stewarts beräkningsexpertis för att arbeta bakåt och ta reda på vilket specifikt material som oavsiktligt kan ha skapats mellan de två magneterna som ett resultat av borkontaminationen.
Densitetsfunktionella beräkningar förde Stewart till kotoit (Mg 3 B 2 O 6 ), en magnesiumoxid som också har två boratomer, som stämmer väl överens med magneternas kemi, tillåter bra elektronfiltrering, och har en något annorlunda kristallform än vanlig magnesiumoxid (MgO). Han visade också att mineralets kristallform - ortorombisk, i motsats till magnesiumoxids kubiska symmetri - kan leda till ännu bättre elektronspinfiltrering.
"Derek gjorde ett vackert jobb med att visa att de symmetriargument som man gör för magnesiumoxid kan demonstreras för [kotoite], " sa Läs.
