Il monosiliciuro di nichel (NiSi) è ampiamente utilizzato per collegare i transistor nei circuiti a semiconduttore. Precedenti calcoli teorici avevano erroneamente previsto che NiSi non fosse magnetico. Di conseguenza, i ricercatori non avevano mai esplorato completamente il magnetismo nel NiSi.
Recentemente, tuttavia, gli scienziati hanno utilizzato la diffusione dei neutroni per identificare una forma sfuggente di ordine magnetico nel NiSi. La ricerca è pubblicata sulla rivista Advanced Materials .
Il magnetismo consiste negli spin magnetici (un po' come gli aghi di una bussola) degli atomi di nichel vicini. Queste rotazioni puntano principalmente una di fronte all'altra con una piccola inclinazione collettiva in una direzione. Il magnetismo persiste a temperature ben al di sopra della temperatura operativa dell'elettronica. Inoltre, questo magnetismo può essere invertito con piccoli campi magnetici.
Poiché NiSi è ampiamente utilizzato dall'industria dei semiconduttori, è già compatibile con la produzione di chip. I fisici hanno utilizzato la diffusione dei neutroni presso la Spallation Neutron Source, una struttura utilizzata dal Dipartimento dell'Energia presso l'Oak Ridge National Laboratory, per scoprire l'ordine magnetico nel NiSi a cristallo singolo che non era stato precedentemente noto.
L'ordine magnetico è principalmente non centrosimmetrico (privo di simmetria di inversione) e antiferromagnetico (AFM) con una leggera inclinazione degli spin che produce una magnetizzazione non compensata molto piccola. L'ordine persiste fino a temperature di almeno 700 Kelvin, ben al di sopra delle temperature operative dei componenti elettronici.
La magnetizzazione non compensata può essere completamente commutata da piccoli campi magnetici e i campi magnetici possono anche perturbare l’ordine AFM sottostante. La magnetizzazione non compensata, sebbene piccola, è cruciale per l'effetto Hall anomalo osservato (accoppiamento delle proprietà magnetiche ed elettroniche) che è notevole per un materiale prevalentemente AFM.
La robusta struttura magnetica e l'accoppiamento delle proprietà magnetico-elettroniche del NiSi offrono l'opportunità di utilizzare NiSi per applicazioni di memoria magnetica. Il gruppo di ricerca ha anche applicato la teoria del funzionale della densità combinata con il metodo di correzione dell'interazione auto(elettrone) (invece di utilizzare l'approssimazione della densità locale) per identificare l'origine del magnetismo come derivante dall'ibridazione tra gli orbitali 3d del Ni e gli stati sp del Si.
Sfruttare il magnetismo recentemente scoperto del NiSi nei semiconduttori potrebbe portare a computer e memorie di computer più veloci. Il magnetismo unico di NiSi è interessante perché i componenti elettronici che utilizzano il magnetismo per archiviare ed elaborare i dati sono affidabili, veloci e piccoli. Il risultato è una maggiore capacità a costi inferiori. Il lavoro evidenzia inoltre la necessità di migliorare il modo in cui gli scienziati applicano la modellizzazione convenzionale a determinati materiali.
