Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto que el material cerámico de óxido lantano estroncio manganita (LSMO) conserva sus propiedades magnéticas en capas atómicamente delgadas si está "intercalado" entre dos capas de un óxido cerámico diferente, óxido de cromo estroncio de lantano (LSCO). Los hallazgos tienen implicaciones para el uso futuro de LSMO en dispositivos informáticos y de almacenamiento basados ​​en espintrónicos.

En su forma a granel, LSMO tiene propiedades tanto magnéticas como metálicas. La conductividad del material se puede alterar cambiando su campo magnético, lo que hace que LSMO sea atractivo para su uso como interruptor en dispositivos espintrónicos. Sin embargo, cuando el material alcanza una cierta delgadez —entre cinco y diez capas atómicas— pierde estas propiedades.

Divina Kumah, profesor asistente de física en NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo, quería saber por qué LSMO pierde sus propiedades magnéticas con una delgadez particular, y encontrar una manera de hacer que el LSMO sea magnético en forma delgada.

Kumah, con colegas y estudiantes graduados de NC State, Primero cultivó películas delgadas de LSMO en titanato de estroncio, un sustrato no magnético que se usa comúnmente como andamio neutro. El equipo cultivó películas de dos a diez capas atómicas de espesor y las probó para determinar sus propiedades magnéticas.

Próximo, el equipo utilizó la fuente de luz de sincrotrón en el Laboratorio Nacional de Argonne para poder obtener una vista tridimensional de la disposición de los átomos dentro de las delgadas capas de LSMO. Descubrieron que en extrema delgadez, los átomos de oxígeno y manganeso se desalinearon ligeramente en la superficie del material, apagando efectivamente su magnetismo.

"Aproximadamente en cinco capas atómicas vimos distorsiones en la superficie de la capa y en la interfaz inferior con el andamio, "Dice Kumah." Los átomos de oxígeno y manganeso se reorganizan. El magnetismo y la conductividad eléctrica en LSMO están relacionados con cómo se unen estos dos átomos, así que si hay distorsiones polares en la película donde se mueven hacia arriba y hacia abajo, los lazos se estiran, los electrones no pueden moverse a través del material de manera efectiva y el magnetismo está desactivado ".

El equipo notó que estas distorsiones comenzaron en la parte superior de la película y se extendieron aproximadamente tres capas por debajo de la superficie.

"Descubrimos que las distorsiones ocurren porque la estructura cristalina crea un campo eléctrico en la superficie, "Dice Kumah." Los átomos de oxígeno y manganeso se mueven para cancelar el campo eléctrico. Nuestro desafío fue hacer crecer algo en las interfaces que sea compatible estructuralmente con LSMO pero que también sea aislante, de modo que eliminemos el campo eléctrico, detener el movimiento de los átomos de oxígeno y manganeso y conservar las propiedades magnéticas ".

Los investigadores encontraron que al usar dos capas de LSCO a cada lado del LSMO, el LSMO podría conservar sus propiedades magnéticas en dos capas atómicas.

"Es como un sándwich:LSCO es el pan y LSMO es la carne, "Dice Kumah." Puede utilizar menos de cinco capas de LSMO en esta disposición sin ningún desplazamiento atómico. Esperamos que nuestro trabajo haya demostrado que estos materiales pueden ser lo suficientemente delgados como para ser útiles en dispositivos espintrónicos ".