Fig.1 Riepilogo della ricerca:una pellicola ultrasottile di magnetite di alta qualità è stata fabbricata su una superficie cristallina perfetta del substrato di crescita, che è stata trattata con la nostra tecnica di lucidatura originale ad alta precisione. Riducendo il numero di difetti sul substrato, è possibile ottenere le eccellenti proprietà di transizione inerenti alla magnetite. Credito:Ai I. Osaka et al.
Da applicazioni pratiche come comunicazioni sicure a complesse questioni scientifiche come come funziona il cervello, l'informatica classica non è sempre all'altezza del compito. Ora, i ricercatori giapponesi hanno fatto una scoperta che migliorerà la tecnologia elettronica per applicazioni così avanzate.
In uno studio pubblicato di recente su ACS Applied Nano Materials , i ricercatori dell'Università di Osaka e i partner che hanno collaborato hanno preparato un film ultrasottile di magnetite che fino ad ora non era stato sufficientemente ordinato per raggiungere il suo pieno potenziale.
La spintronica è una versione avanzata dell'elettronica che utilizza sia la carica che lo spin dell'elettrone per il trasferimento e l'accumulo di energia. La magnetite, un comune minerale di ossido di ferro, può essere utile per la tecnologia spintronica grazie alle sue affascinanti proprietà fisiche. Ad esempio, uno stimolo minore può modificare rapidamente la funzionalità del film di magnetite da quella di un metallo a un isolante. Tali funzionalità dipendono in modo critico dalla cristallinità della magnetite. Soprattutto per i film ultrasottili utilizzati nelle applicazioni dei dispositivi, è difficile fabbricare magnetite con un'elevata cristallinità a causa dell'imperfezione della superficie del substrato, che è alla base del film sottile. Tuttavia, è difficile preparare una superficie ordinata atomicamente ed estremamente piatta su un intero substrato. Superare questa sfida migliorando le tecniche di lucidatura chimica convenzionali è qualcosa che i ricercatori dell'Università di Osaka intendevano affrontare.
Fig.3 Proprietà di transizione di un film ultrasottile di magnetite di alta qualità. È stato osservato un chiaro cambiamento nella resistività. Credito:Ai I. Osaka et al.
"L'uniformità e le proprietà dei film sottili dipendono dalla perfezione del substrato sottostante", spiega l'autore principale dello studio Ai Osaka. "Le tecnologie convenzionali per la preparazione dei substrati monocristallini sacrificano la cristallinità per ottimizzare la planarità, ma ciò limita le prestazioni del film di magnetite sovrapposto."
I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di lucidatura chimica, nota con il suo acronimo CARE, per preparare un substrato di ossido di magnesio atomicamente piatto e altamente ordinato. La magnetite depositata su questo substrato ultraliscio mostra una cristallinità e proprietà conduttive superiori, rispetto a quella depositata su un substrato convenzionale.
Fig.2 Uno schema della nostra tecnica di lucidatura originale, CARE. La rimozione selettiva degli atomi dallo scafo convesso porta a una superficie atomicamente piatta. Credito:Ai I. Osaka et al.
"Il trattamento CARE del substrato ha consentito al film sottile di subire una variazione di resistività dipendente dalla temperatura, nota come transizione di Verwey, di un fattore di 5,9", afferma l'autore senior Azusa Hattori. "Questo è senza precedenti su vaste aree, ma essenziale per l'attuazione."
Questi risultati hanno importanti applicazioni. Le tecnologie di calcolo quantistico proposte possono fare affidamento sulla spintronica per ottimizzare i problemi logistici, biochimici e di crittografia che sconfiggono l'informatica classica. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno compiuto un passo importante per consentire alla magnetite di fungere da materiale di base per la spintronica e altri dispositivi elettronici avanzati, che trasformeranno la vita e il lavoro nei prossimi decenni. + Esplora ulteriormente
