Tyska forskare har, med hjälp av datorsimuleringar, upptäckt en kombination av material som stärker de så kallade Friedel-svängningarna och buntar ihop dem, som med en lins, åt olika håll. Med en räckvidd på 50 nanometer, dessa "gigantiska anisotropiska laddningstäthetssvängningar" är många gånger större än normalt och öppnar för nya möjligheter inom nanoelektronikområdet att utbyta eller filtrera magnetisk information.

I metaller som koppar eller aluminium, så kallade ledningselektroner kan röra sig fritt, på samma sätt som partiklar i en gas eller en vätska. Om, dock, föroreningar implanteras i metallens kristallgitter, elektronerna samlas i ett enhetligt mönster runt interferenspunkten, liknar de krusningar som uppstår när en sten kastas i en vattenpöl. Forskare i Jülich har, med hjälp av datorsimuleringar, upptäckte nu en kombination av material som stärker dessa Friedel-svängningar och buntar ihop dem, som med en lins, åt olika håll. Med en räckvidd på 50 nanometer, dessa "gigantiska anisotropiska laddningstäthetssvängningar" är många gånger större än normalt och öppnar för nya möjligheter inom nanoelektronikområdet att utbyta eller filtrera magnetisk information.

Studien publicerades just i Naturkommunikation föregicks av en extraordinär upptäckt:forskare vid Peter Grünberg-institutet i Jülich lade märke till konstigt formade elektronvågor i bilder som tagits med skanningstunnelmikroskopi. Bilderna visade ytan av en tunn film av järn med syreföroreningar. "Vågmönstret bestod inte av slutna ringar som man normalt skulle förvänta sig, utan hellre sprida ut korsvis från interferenspunkten i fyra olika riktningar", rapporterade Dr Samir Lounis.

Anledningen till den ovanliga fördelningen av fluktuationerna i elektrontätheten är de praktiskt taget kvadratiska Fermi-ytorna på materialet. Elektronerna med mest energi i en atomförening är de som rör sig på Fermi-ytorna. Formen på Fermi-ytorna och elektronernas rörlighet bestämmer metallernas fysikaliska egenskaper. Fermiytor är ofta cirkulära eller kvadratiska med rundade kanter.

"De praktiskt taget plana Fermi-ytorna på våra prover fungerar som en förstärkare för Friedel-svängningar, som breder ut sig vinkelrätt mot ytorna", förklarar Lounis. Forskarna har funnit att denna effekt kan förstärkas avsevärt genom att variera tjockleken på metallen. Beroende på antalet närvarande atomlager, högar av Fermi-ytor bildas; ju fler av dem det finns, desto större svängningar. Forskarna kallade denna effekt "Giant Anisotropic Charge Density Oscillations".

I princip, svängningarna skulle kunna användas för att utbyta information mellan enskilda magnetiska föroreningar och ytterligare förbättra integrationsnivån av nanoelektroniska komponenter. Eftersom svängningarna huvudsakligen produceras av snurr med en enda orientering, de kan också ligga till grund för så kallade spinnfilterelement, som är viktiga komponenter i spintroniska applikationer.