La spintronica è un campo che si occupa dell'elettronica che sfrutta lo spin intrinseco degli elettroni e il momento magnetico associato per applicazioni come l'informatica quantistica e i dispositivi di archiviazione di memoria. A causa della sua rotazione e del magnetismo esibiti nella transizione di fase isolante-metallo, i sistemi elettronici fortemente correlati dell'ossido di nichel (NiO) sono stati esplorati a fondo per più di ottant'anni. L'interesse per le sue esclusive proprietà antiferromagnetiche (AF) e di spin ha visto una rinascita ultimamente poiché il NiO è un potenziale materiale per dispositivi spintronici ultraveloci.
Nonostante questo aumento di popolarità, l’esplorazione delle sue proprietà magnetiche superficiali utilizzando la tecnica LEED (diffrazione di elettroni a bassa energia) non ha ricevuto molta attenzione dagli anni ’70. Per rivedere la comprensione delle proprietà superficiali, il professor Masamitsu Hoshino e il professore emerito Hiroshi Tanaka, entrambi del Dipartimento di fisica dell'Università Sophia, in Giappone, hanno rivisitato la cristallografia LEED della superficie di NiO.
I risultati del loro studio sperimentale quantitativo che indaga la dispersione degli scambi coerenti in Ni 2+ ioni nel NiO a cristallo singolo AF sono stati riportati nel The European Physical Journal D .
Per lo studio, i ricercatori avevano due obiettivi principali:migliorare le vecchie tecniche sperimentali utilizzate per decifrare la diffusione coerente dello scambio di spin degli elettroni a bassa energia da parte del Ni 2+ ioni di NiO e fornire un'analisi teorica affidabile utilizzando tecniche recenti.
Per prima cosa hanno effettuato la caratterizzazione quantitativa degli atomi superficiali del cristallo di NiO utilizzando il metodo LEED. Ciò ha permesso loro di esplorare la dipendenza energetica del LEED per l’intensità del “fascio di semiordine” tramite spettri IV. Dopo l'ispezione della curva IV, i ricercatori hanno osservato un miglioramento della risonanza, che è stato attribuito all'effetto di risonanza delle onde superficiali (SWR).
Ciò ha portato il team ad analizzare la dipendenza dalla temperatura del LEED alla massima intensità e le proprietà di spin superficiale in condizioni SWR, uno stato in cui i raggi diffratti che si propagano emergono quasi paralleli alla superficie del cristallo.
Per costruire una solida base teorica (per chiarire il background teorico), i ricercatori hanno utilizzato la teoria dinamica LEED (la più sofisticata) per interpretare i risultati sperimentali e hanno rivelato chiaramente l'SWR osservato nella curva IV. La dipendenza dalla temperatura misurata in un ampio intervallo di temperature ha consentito un confronto più quantitativo con la teoria convenzionale dei campi molecolari.
Questo studio non solo riesce a riaffermare precedenti dati sperimentali sulla struttura dello spin superficiale e sulle proprietà magnetiche, ma fornisce anche per la prima volta uno spettro IV di un fascio di semiordine, le condizioni SWR e la dipendenza dalla temperatura in un ampio intervallo di temperature. /P>
"A differenza dei materiali ferromagnetici che mostrano magnetismo, i materiali AF, che non mostrano proprietà magnetiche come indicato dalla loro disposizione di rotazione, sono stati considerati 'materiali inutilizzabili'. Tuttavia, ora stanno rinascendo. Questa frase è spesso usata ora, e il Il termine "materiali inutilizzabili" è stato derivato dalla conferenza del Premio Nobel di Néel (1970)", affermano i ricercatori alla domanda sulla motivazione dietro la rivisitazione degli esperimenti NiO LEED.
"Inoltre, questa ricerca è al culmine di un tema di ricerca classico e nuovo iniziato negli anni '70 attraverso una comunicazione personale del premio Nobel Prof. N.F. Mott è noto per i progressi compiuti nella ricerca sugli isolanti Mott come NiO, come osservato nel documento riferimento."
Hanno inoltre commentato:"Questa ricerca è specializzata, si concentra su aspetti accademici e fondamentali, e non è destinata al pubblico, ma potrebbe piuttosto aiutare a chiarire le proprietà fisiche e chimiche di promettenti materiali antiferromagnetici."
Ulteriori informazioni: Masamitus Hoshino et al, Scattering coerente con scambio di spin di elettroni a bassa energia da parte di ioni Ni2+ in cristalli antiferromagnetici NiO sotto risonanza delle onde superficiali:risultati sperimentali e teorici rivisitati, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00773-8
Informazioni sul giornale: Giornale fisico europeo D
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