Los científicos de PSI han adquirido una comprensión fundamental de un material muy prometedor que podría adaptarse a futuras aplicaciones de almacenamiento de datos. Sus experimentos con óxido de estroncio-iridio, Sr ₂ IrO ₄ , investigó las propiedades magnéticas y electrónicas del material como una película delgada. También analizaron cómo estas propiedades pueden controlarse sistemáticamente manipulando las películas. Este estudio fue posible gracias a la sofisticada dispersión de rayos X, una tecnología en la que los investigadores de la ISP se encuentran entre los expertos mundiales. Los resultados se publican hoy en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

En su búsqueda por el almacenamiento de datos magnéticos del futuro, Los investigadores buscan materiales adecuados con propiedades que puedan personalizarse de la forma más flexible posible. Un candidato prometedor es el óxido de estroncio-iridio, un óxido de metal con la notación química Sr ₂ IrO ₄ . Los científicos de PSI han investigado este material, trabajando junto a colegas en Polonia, Estados Unidos y Francia.

"La palabra clave de nuestra investigación es espintrónica, "explica Thorsten Schmitt, Jefe del Grupo de Investigación PSI para Espectroscopia de Materiales Nuevos. La espintrónica utiliza tanto la carga eléctrica del electrón como su espín interno para desarrollar componentes electrónicos avanzados.

Spintronics ya se utiliza en los discos duros de hoy, pero las propiedades de los materiales utilizados se basan en el magnetismo "normal":ferroimanes como el hierro o el níquel donde los espines se disponen en paralelo. Su inconveniente es el espacio relativamente amplio requerido entre los puntos de almacenamiento de datos ferromagnéticos, es decir., los bits, para evitar interferencias cruzadas.

Los expertos creen que los materiales antiferromagnéticos podrían ofrecer una alternativa prometedora, ya que sus giros están dispuestos en direcciones opuestas. Visto externamente, Los materiales antiferromagnéticos son, por tanto, magnéticamente neutros. Por lo tanto, un bit antiferromagnético no interferiría con su vecino. "Estos bits se pueden empaquetar más juntos, para que se puedan almacenar más datos en el mismo espacio, ", Dice Schmitt." Además de eso, las operaciones de lectura y escritura de datos son mucho más rápidas ".

El óxido de estroncio-iridio es un material antiferromagnético. Es esencialmente un cristal dentro del cual los átomos de iridio y oxígeno forman tinioctaedros. "A esto lo llamamos estructura de perovskita, "explica Milan Radovic, físico de PSI y coautor del nuevo estudio. "Es un material ideal para manipular sistemáticamente sus propiedades funcionales, ", Añade Radovic.

Manipulación de películas delgadas

Para realizar dicha manipulación y descubrir más sobre las propiedades de este material tan prometedor, Los científicos de PSI aplicaron una fina capa cristalina de Sr ₂ IrO ₄ como película principal sobre diferentes sustratos cristalinos. La idea es que el sustrato provoque la deformación de la estructura cristalina de la película aplicada. "Es como si estuviéramos tirando o comprimiendo nuestro material al nivel de los átomos, "Explica Schmitt. Esto hace que los octaedros de perovskita se tuerzan y se muevan ligeramente entre sí, en última instancia, cambiando las propiedades del material en su conjunto.

Este método permite ajustar sistemáticamente las propiedades magnéticas y electrónicas del material. Y dado que este tipo de material ya se está utilizando en componentes electrónicos en forma de películas delgadas, el desarrollo de aplicaciones en esta área sería el siguiente paso lógico.

Obtener una imagen global

Para un análisis en profundidad de sus muestras, Los científicos de PSI utilizaron una técnica especial de rayos X que ha sido desarrollada en gran medida por PSI conocida como Dispersión de rayos X inelástica resonante. o RIXS para abreviar. En PSI, los investigadores utilizaron rayos X suaves para realizar sus experimentos RIXS. La investigación en Suiza se complementó con mediciones de precisión adicionales con rayos X duros de mayor energía realizadas en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble y la Fuente de Fotones Avanzada en Argonne. NOSOTROS..

"La mayoría de los métodos se centran por separado en el magnetismo o las propiedades electrónicas, "Explica Schmitt." Con RIXS, por otra parte, podemos investigar ambas propiedades con la misma medida y compararlas directamente entre sí. En resumen:hemos obtenido con éxito una imagen global de nuestra muestra ".

Los investigadores pudieron descubrir cómo cambian las propiedades electrónicas cuando la red cristalina del Sr ₂ IrO ₄ la película está distorsionada, y cómo este desarrollo está relacionado con el cambio en el magnetismo. Ambos van de la mano y proporcionan hallazgos importantes para aplicaciones potenciales.

Superconductores como paradigma

Específicamente, el grupo logró modificar el óxido de estroncio-iridio para que sus propiedades magnéticas imiten a otra clase de materiales fascinantes:superconductores de alta temperatura compuestos por capas de óxido de cobre, también conocido como cupratos. Estos también tienen una estructura similar a la de la perovskita. En su experimento, Los científicos de PSI tiraron y torcieron el Sr ₂ IrO ₄ película de modo que las distancias atómicas en la red cristalina se expandieron y, además, se produjo una rotación. "Esto nos permitió hacer que el material replicara las propiedades de un cuprato, "dice Schmitt." Sin embargo, todavía estamos muy lejos de producir un nuevo superconductor, " él dice, antes de que alguien se haga ilusiones. También cree que pueden pasar otros 10 o 20 años antes de que los hallazgos actuales contribuyan posiblemente al desarrollo de nuevas aplicaciones de almacenamiento de datos. "Nuestra tarea es producir investigación fundamental. Esto es de vital importancia como un trampolín en el futuro desarrollo de nuevos materiales".