Le domaine en plein essor de la spintronique exploite les spins des électrons, par opposition à leur charge, pour améliorer les dispositifs à semi-conducteurs tels que les disques durs et les composants des téléphones portables en prolongeant la durée de vie de la batterie. Développements spintroniques, cependant, se heurtent de plus en plus à une barrière connue sous le nom de limite Slater-Pauling, le maximum pour la façon dont un matériau peut emballer sa magnétisation. Maintenant, un nouveau film mince est sur le point de briser cette référence vieille de plusieurs décennies.
Une équipe de chercheurs de la Montana State University et du Lawrence Berkeley National Laboratory annonce cette semaine en Lettres de physique appliquée , qu'ils ont construit un film mince et stable en fer, cobalt et manganèse qui possède un moment atomique moyen potentiellement 50 pour cent supérieur à la limite de Slater-Pauling. Fabriqué avec une technique connue sous le nom d'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), l'alliage ternaire cubique centré (bcc) présente une densité de magnétisation de 3,25 magnétons de Bohr par atome, surpassant le maximum précédemment considéré de 2,45.
"Ce que nous avons, c'est une percée potentielle dans l'un des paramètres les plus importants des matériaux magnétiques, " a déclaré Yves Idzerda, un auteur sur le papier de l'Université d'État du Montana. "Les grands moments magnétiques sont comme la force de l'acier - le plus grand est le mieux."
La courbe de Slater-Pauling décrit la densité de magnétisation des alliages. Depuis des décennies, les alliages binaires fer-cobalt (FeCo) ont régné en maître, affichant un moment atomique moyen maximal de 2,45 magnétons de Bohr par atome et définissant la limite de courant pour une densité de magnétisation d'alliage stable. Précédemment, les chercheurs ont mélangé des alliages FeCo avec des métaux de transition à moment magnétique élevé, comme le manganèse. Lorsque ces alliages ternaires sont fabriqués, cependant, ils perdent une grande partie de leur structure bcc, un élément clé de leur magnétisme élevé.
Au lieu, cette équipe s'est tournée vers MBE, une technique minutieuse qui s'apparente au drapage d'un substrat avec des billes d'atomes métalliques individuels, une couche à la fois, pour créer un film de 10 à 20 nanomètres de Fe
Pour mieux comprendre la composition et la structure de l'alliage, le groupe a utilisé la spectroscopie d'absorption des rayons X et la diffraction d'électrons de haute énergie par réflexion. Les résultats du dichroïsme circulaire magnétique aux rayons X ont montré que le nouveau matériau produisait un moment atomique moyen de 3,25 magnétons de Bohr par atome. Lorsqu'il est testé avec une magnétométrie d'échantillon vibrant plus standard, même si cette densité de magnétisation a baissé, il était encore nettement au-dessus de la limite de Slater-Pauling—2,72.
Idzerda a déclaré que cet écart fournira des domaines de recherche future, ajoutant que l'interface entre le manganèse et le substrat dans le cristal pourrait expliquer l'écart.
"J'ai gardé l'optimisme pour cela car la technique que nous avons utilisée est un peu non standard et nous devons convaincre la communauté des performances de ce matériau, " a déclaré Idzerda.
Idzerda et son équipe vont maintenant étudier la robustesse des alliages fer-cobalt-manganèse, et des techniques de fabrication plus efficaces. Ils prévoient également d'explorer comment l'épitaxie par faisceau moléculaire pourrait conduire à d'autres films minces hautement magnétiques, mélanger potentiellement quatre métaux de transition ou plus.
