Zusammenfassung:
Ein Forschungsteam am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums gab bekannt, dass es eine neue Möglichkeit entdeckt hat, den Magnetismus zu kontrollieren, ohne die chemische Zusammensetzung des Materials zu verändern. Untersuchungen haben gezeigt, dass es durch die Anwendung nur geringer mechanischer Belastung möglich ist, die magnetische Struktur im Inneren einiger kristalliner Materialien zu verändern und ihre Elektronentransporteigenschaften weiter zu beeinflussen. Es wird erwartet, dass diese Entdeckung neue technologische Wege für die Entwicklung von Spintronikgeräten der nächsten Generation eröffnet.
Forscher haben sich auf eine neue Art von magnetischem Material namens „alternierende Magnete“ konzentriert. Diese Art von Material hat sich in den letzten Jahren aufgrund seiner einzigartigen magnetischen Eigenschaften und elektronischen Eigenschaften zu einer wichtigen Richtung in der Forschung an fortschrittlichen elektronischen Geräten entwickelt. Das Forschungsteam nutzte Neutronenstrahlen, um Materialien auf atomarer Ebene zu beobachten und stellte fest, dass mechanische Belastung die magnetische Ordnungsstruktur im Material neu anpassen und die elektrische Reaktion im Zusammenhang mit dem Elektronentransport verändern kann.
Relevante Forschungsergebnisse wurden in zwei Fachzeitschriften veröffentlicht, „Physical Review X“ und „Advanced Materials“. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die physikalische Anwendung von Stress auf Materialien in Zukunft eine neue Möglichkeit sein könnte, den Magnetismus zu kontrollieren, ohne dass das Material dotiert oder seine chemische Zusammensetzung geändert werden muss, um seine Eigenschaften anzupassen.
Während des Experiments legten die Forscher winzige Kristalle aus Mangantellurid und Eisensulfid zwischen zwei Titanplatten und übten mechanischen Druck aus. Anschließend nutzten sie den von der Spallations-Neutronenquelle im Oak Ridge National Laboratory erzeugten Neutronenstrahl, um Neutronenbeugungsexperimente durchzuführen und die Auswirkung der Spannung auf die interne magnetische Domänenstruktur des Materials zu untersuchen.
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass leichtes Zusammendrücken die relativen Anteile verschiedener magnetischer Domänen verändert. Magnetische Domänen sind Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Ordnungsrichtungen innerhalb des Materials, und Änderungen in ihrer Verteilung wirken sich direkt auf die magnetische Gesamtleistung des Materials aus. Gleichzeitig beobachtete das Forschungsteam auch Veränderungen beim anomalen Hall-Effekt. Dieses elektrische Phänomen erzeugt eine Spannung senkrecht zur Stromflussrichtung und ihre Änderungen verdeutlichen einen direkten Zusammenhang zwischen der Anpassung der magnetischen Struktur und dem Verhalten des Elektronentransports. Dai Pengcheng, Professor an der Rice University und ehemaliger Neutronenwissenschaftler am Oak Ridge National Laboratory, sagte, dass Forscher durch die Kontrolle der magnetischen Domänenstruktur die Elektronentransporteigenschaften des Materials direkt beeinflussen können, was neue Möglichkeiten für die Erforschung der Anwendung verwandter Materialien im Bereich der Spintronik eröffne.
Wechselmagnete haben große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da ihre besonderen magnetischen Eigenschaften einige der Vorteile traditioneller Ferromagnete und Antiferromagnete vereinen. Die Spintronik-Technologie hofft, nicht nur die von Elektronen getragenen Ladungsinformationen, sondern auch den Spin von Elektronen zu nutzen, um Informationsspeicher- und -verarbeitungsaufgaben zu erfüllen. Es wird erwartet, dass diese Methode eine höhere Geschwindigkeit und einen geringeren Energieverbrauch bei der Informationsverarbeitung als herkömmliche elektronische Technologie ermöglicht.
Das Forschungsteam wies darauf hin, dass diese Entdeckung einen direkten Zusammenhang zwischen mechanischer Spannung, magnetischer Domänenstruktur und Elektronentransportverhalten herstellte und bewies, dass die magnetischen und elektrischen Eigenschaften von Materialien durch einfache physikalische Verformung angepasst werden können. Wenn relevante Technologien in Zukunft weiter verbessert werden können, könnte dies die Entwicklung neuer Speicher mit geringem Stromverbrauch, leistungsstarker Computerausrüstung und fortschrittlicher spinelektronischer Geräte fördern.
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