Fig.1 Forskningssammanfattning:En ultratunn magnetitfilm av hög kvalitet har tillverkats på en perfekt kristallin yta av tillväxtsubstratet, som behandlades med vår ursprungliga högprecisionspoleringsteknik. Genom att minska antalet defekter på substratet kunde de utmärkta övergångsegenskaperna som är inneboende i magnetit uppnås. Kredit:Ai I. Osaka et al.
Från praktiska tillämpningar som säker kommunikation till komplexa vetenskapliga frågor som hur hjärnan fungerar, klassisk datoranvändning klarar inte alltid uppgiften. Nu har forskare från Japan gjort en upptäckt som kommer att förbättra elektroniktekniken för sådana avancerade applikationer.
I en studie som nyligen publicerades i ACS Applied Nano Materials , har forskare från Osaka University och samarbetspartners förberett en ultratunn film av magnetit som hittills inte hade beställts tillräckligt för att uppnå sin fulla potential.
Spintronics är en avancerad version av elektronik som använder både laddning och elektronspin för energiöverföring och lagring. Magnetit - ett vanligt järnoxidmineral - kan vara användbart för spintronikteknik på grund av dess fascinerande fysikaliska egenskaper. Till exempel kan en mindre stimulans snabbt ändra funktionaliteten hos magnetitfilmen från en metalls funktion till en isolator. Sådana funktionaliteter beror kritiskt på magnetitens kristallinitet. Speciellt för ultratunna filmer som används i enhetstillämpningar är det svårt att tillverka magnetit med hög kristallinitet på grund av ofullkomligheten hos substratytan, som är grunden för den tunna filmen. Det är dock svårt att förbereda en atomärt ordnad och extremt plan yta över ett helt substrat. Att övervinna denna utmaning genom att förbättra konventionella kemiska poleringstekniker är något som forskarna vid Osaka University hade som mål att ta itu med.
Fig.3 Övergångsegenskaper hos en ultratunn magnetitfilm av hög kvalitet. En tydlig förändring i resistivitet observerades. Kredit:Ai I. Osaka et al.
"Enhetligheten och egenskaperna hos tunna filmer beror på perfektionen av det underliggande substratet", förklarar huvudförfattaren till studien Ai Osaka. "Konventionell teknik för att förbereda enkristallsubstraten offrar kristalliniteten för att optimera planheten men det begränsar prestandan hos den överliggande magnetitfilmen."
Forskarna använde en kemisk poleringsteknik - känd under sin förkortning CARE - för att förbereda ett atomärt platt och välordnat magnesiumoxidsubstrat. Magnetit som avsatts på detta ultrasläta substrat uppvisar överlägsen kristallinitet och ledande egenskaper, jämfört med den som avsatts på ett konventionellt substrat.
Fig.2 Ett schema över vår ursprungliga poleringsteknik, CARE. Selektivt avlägsnande av atomer från det konvexa skrovet leder till en atomärt plan yta. Kredit:Ai I. Osaka et al.
"CARE-behandling av substratet gjorde det möjligt för den tunna filmen att genomgå en temperaturberoende resistivitetsförändring - känd som Verwey-övergången - på en faktor 5,9", säger seniorförfattaren Azusa Hattori. "Detta är aldrig tidigare skådat över stora områden, men ändå avgörande för implementering."
Dessa resultat har viktiga tillämpningar. Föreslagna kvantberäkningstekniker kan förlita sig på spintronik för att optimera logistiska, biokemiska och kryptografiska problem som besegrar klassisk datoranvändning. Forskarna från Osaka University har tagit ett viktigt steg mot att göra det möjligt för magnetit att fungera som basmaterial för spintronik och annan avancerad elektronik, som kommer att förändra liv och arbete under de kommande decennierna. + Utforska vidare
