Spektroskopiska bilder av alternerande lantan strontium manganit och strontium titanat lager. A och C är lantankartor, och B och D är falska färgkartor med titan (röd) och mangan (grön) extraherad från spektrumbilderna. Skiktet som odlas med en mindre laserpunktstorlek visar mindre abrupta gränssnitt och en defekt, markerad med en vit pil. Bild:Lena Fitting Kourkoutis/Muller lab
(PhysOrg.com) -- Använda banbrytande spektroskopi vid atomupplösningar, forskare har upptäckt hur man odlar ultratunna manganitfilmer samtidigt som de behåller sina magnetiska egenskaper.
Material gör roliga saker på nanoskala. Ett metalloxidkomplex som kallas lantanstrontiummanganit är ferromagnetiskt i stora mängder. Men skalad till nanometertjocklek, den blir en isolator och förlorar mycket av sin ferromagnetism. Samma material, olika beteende.
Använda banbrytande spektroskopi vid atomupplösningar, forskare under ledning av David A. Muller, professor i tillämpad och teknisk fysik, har kommit på varför detta händer, och hur man odlar ultratunna manganitfilmer samtidigt som de behåller sina magnetiska egenskaper. Att fullända en sådan teknik kan bana väg för manganiter och andra oxider att ersätta kisel i tunnfilmselektronik, minneslagring och andra tekniker.
Arbetet beskrivs i detalj i en artikel som publicerades online den 14 juni i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Ett antal forskargrupper har odlat dessa tunna lager tidigare, och deras resultat antydde att det finns en kritisk tjocklek på 15 atomer, under vilken du inte kunde få det att genomföra, " sa postdoktor Lena Fitting Kourkoutis, tidningens första författare. "Men vi visar att vi kan gå mycket lägre till en handfull atomlager och fortfarande hålla det ledande."
Nyckeln är att förstå hur man växer perfekt, defektfria manganitskivor. Den kemiska sammansättningen måste vara exakt rätt, och även det minsta avbrott i det kristallina gittret i atomskikten kan förstöra filmernas ledningsförmåga. Dessa defekter spelar inte så stor roll i en större skala.
För att undersöka manganitprover odlade av deras medarbetare i Japan, forskarna använde en teknik som kallas elektronenergiförlustspektroskopi, utförs i ett sveptransmissionselektronmikroskop. De använde en teknik (beskriven i en Science paper från 2008) som kallas aberrationskorrigering, vilket ger dem extrem precision för att avbilda sammansättningen av filmer som endast är atomtjocka.
Manganiter har god potential för det framväxande området spintronics, som utnyttjar materialens elektronspin och magnetiska moment för användning i minneslagringsteknologier.
