La spintronique est un domaine qui traite de l'électronique qui exploite le spin intrinsèque des électrons et leur moment magnétique associé pour des applications telles que l'informatique quantique et les dispositifs de stockage de mémoire. En raison de son spin et de son magnétisme manifestés dans sa transition de phase isolant-métal, les systèmes électroniques fortement corrélés de l'oxyde de nickel (NiO) ont été explorés en profondeur depuis plus de huit décennies. L'intérêt pour ses propriétés antiferromagnétiques (AF) et de spin uniques a connu un regain récemment puisque le NiO est un matériau potentiel pour les dispositifs de spintronique ultrarapides.

Malgré cette popularité croissante, l’exploration de ses propriétés magnétiques de surface à l’aide de la technique de diffraction électronique à basse énergie (LEED) n’a pas reçu beaucoup d’attention depuis les années 1970. Pour examiner la compréhension des propriétés de surface, le professeur Masamitsu Hoshino et le professeur émérite Hiroshi Tanaka, tous deux du département de physique de l'université de Sophia, au Japon, ont revisité la cristallographie de surface LEED de NiO.

Les résultats de leur étude expérimentale quantitative portant sur la diffusion d'échange cohérente dans Ni ²⁺ Les ions dans le NiO monocristallin AF ont été rapportés dans The European Physical Journal D .

Pour cette étude, les chercheurs avaient deux objectifs majeurs :améliorer les anciennes techniques expérimentales utilisées pour déchiffrer la diffusion cohérente par échange de spin des électrons de basse énergie par Ni ²⁺ . ions de NiO et de fournir une analyse théorique fiable en utilisant des techniques récentes.

Ils ont d’abord réalisé la caractérisation quantitative des atomes de surface du cristal de NiO en utilisant la méthode LEED. Cela leur a permis d'explorer la dépendance énergétique du LEED pour l'intensité du « faisceau de demi-ordre » via les spectres IV. Lors de l'inspection de la courbe I-V, les chercheurs ont observé une amélioration de la résonance, attribuée à l'effet de résonance des ondes de surface (SWR).

Cela a conduit l'équipe à analyser la dépendance en température du LEED à l'intensité maximale et aux propriétés de spin de surface dans des conditions SWR, un état dans lequel les faisceaux diffractés se propageant émergent presque parallèlement à la surface du cristal.

Pour construire une base théorique solide (afin de clarifier le contexte théorique), les chercheurs ont utilisé la théorie dynamique LEED (la plus sophistiquée) pour interpréter les résultats expérimentaux et ont révélé clairement le ROS tel qu'observé dans la courbe IV. La dépendance à la température mesurée sur une large plage de températures a permis une comparaison plus quantitative avec la théorie conventionnelle des champs moléculaires.

Cette étude réussit non seulement à réaffirmer les données expérimentales antérieures sur la structure de spin de surface et les propriétés magnétiques, mais fournit également pour la première fois un spectre IV d'un faisceau demi-ordre, les conditions SWR et la dépendance en température sur une large plage de températures. /P>

"Contrairement aux matériaux ferromagnétiques qui présentent du magnétisme, les matériaux AF, qui ne présentent pas de propriétés magnétiques comme l'indique leur disposition de spin, ont été considérés comme des "matériaux inutilisables". Cependant, ils renaissent aujourd'hui. Cette expression est souvent utilisée maintenant, et le terme, les matériaux inutilisables proviennent de la conférence du prix Nobel de Néel (1970)", ont déclaré les chercheurs lorsqu'on leur a demandé quelle était la motivation derrière la révision des expériences NiO LEED.

"En outre, cette recherche est à l'aube d'un thème de recherche classique et nouveau qui a débuté dans les années 1970 grâce à une communication personnelle du lauréat du prix Nobel, le professeur N.F. Mott est connu pour ses percées dans la recherche sur les isolants Mott tels que NiO, comme indiqué dans le rapport. référence."

Ils ont ajouté :"Cette recherche est spécialisée, se concentre sur les aspects académiques et fondamentaux, et n'est pas destinée au public, mais peut plutôt aider à élucider les propriétés physiques et chimiques de matériaux antiferromagnétiques prometteurs."

Plus d'informations : Masamitus Hoshino et al, Diffusion cohérente par échange de spin d'électrons de faible énergie par des ions Ni2+ dans un cristal antiferromagnétique NiO sous résonance d'onde de surface :résultats expérimentaux et théoriques revisités, The European Physical Journal D (2023). DOI :10.1140/epjd/s10053-023-00773-8

Informations sur le journal : Journal physique européen D

Fourni par l'Université de Sophia