Kemiaa ja seostusta

Princetonissa valmistetulla materiaalilla on suurin elektronien liikkuvuus kerrostettujen magneettimateriaalien joukossa. Gadoliiniumtritelluridissä olevat elektronit kulkevat suurilla nopeuksilla minimaalisella sironnalla.

(24.2.2020) Princetonin yliopiston Leslie Schoopin laboratoriossa on löydetty kerrosyhdiste, jolla on trio ominaisuuksia, joita ei aiemmin tiedetty olevan olemassa yksittäisessä materiaalissa.

Löydetty van der Waals -materiaali gadolinium tritelluridi (GdTe3) osoittaa suurinta elektronien liikkuvuutta tunnettujen kerrostettujen magneettisten materiaalien joukossa. Lisäksi sillä on magneettinen järjestys ja sitä voidaan helposti kuoria.

Yhdessä nämä ominaisuudet tekevät siitä lupaavan ehdokkaan uusille alueille, kuten magneettisille twistronisille laitteille ja spintroniikalle, samoin kuin edistykselle tiedon tallennuksessa ja piirien suunnittelussa.

Kerrosmateriaaleissa suuri liikkuvuus on harvinaista. Nyt tutkijat löysivät tässä materiaalissa niin hurjasti liikkuvia elektroneja, että se yllätti heidät.

Tutkitun materiaalin (GdTe3) kantajien liikkuvuus on yli 60 000 cm2V-1s-1. Vertailun vuoksi muiden magneettisten materiaalien liikkuvuuden havaitaan usein olevan vain muutama sata cm2V-1s-1.

Yliopistonsa tiedotteessa Schoop toteaa sen tosiasian, että GdTe3:n tutkimus tuotti tuloksia niin nopeasti, olevan merkki siitä että kemialla on merkittävä vaikutus kiinteän olomuodon fysiikan alalla.

"Olemme kemistien ryhmä ja arvelimme, että tämän materiaalin pitäisi olla kiinnostava erittäin liikkuville elektronille, kemiallisista periaatteista ajatellen", kertoo Schoop. "Pähkäilimme sitä, kuinka atomit ovat järjestyneet näihin kiteisiin ja miten niiden tulisi sitoutua toisiinsa, emmekä niinkään perustaneet fyysisiin keinoihin, mikä ymmärretään usein elektronien energiana Hamiltoneihin perustuen.

"Otimme hyvin erilaisen lähestymistavan, joka liittyy paljon enemmän kuvien piirtämiseen, kuten kemistit tekevät, liittyen kiertorataan ja sen tyyppisiin asioihin", hän täsmentää. "Ja menestyimme juuri tällä lähestymistavalla. Se on juuri niin ainutlaatuinen ja erilainen lähestymistapa ajateltalessa jännittäviä materiaaleja."

Korealaisten KIST's Center for Spintronicsicsin tutkijat kertovat hallitsevansa menestyksekkäästi FGT-yhdisteen (Fe3GeTe2) magneettisia ominaisuuksia.

Tutkimusryhmä teki kokeiluja, joissa he säätivät elektronien määrää seostuksella, mikä paljasti FGT:n magneettisten ominaisuuksien muutosten alkuperän.

Useimmissa magneettisissa van der Waals -materiaaleissa on eräitä rajoituksia spintronisen sovelluksien suhteen. Tutkimus toi esiin miten voitaisiin nopeuttaa sellaisten spintronisten laitteiden kehittämistä, jotka toimivat sata kertaa nopeammin kuin nykyinen piipohjainen elektroninen laite.

Aiheista aiemmin:

Nanotason magnetismin näkymiä

Tutkijat löysivät kaksiulotteisen magneetin