Om de volgende generatie apparaten voor informatieverwerking te realiseren op basis van nieuwe fenomenen zoals spintronica, multiferroica, magneto-optica, en magie, hun samenstellende materialen moeten worden ontwikkeld. De recente snelle vooruitgang in nanotechnologie stelt ons in staat nanostructuren te fabriceren die in de natuur onmogelijk te verkrijgen zijn.

Echter, complexe magnetische oxiden zijn een van de meest gecompliceerde materiaalsystemen in termen van ontwikkeling en analyse. In aanvulling, het gedetailleerde mechanisme is niet bekend waardoor veranderingen in atomaire samenstelling die de algehele structuur niet beïnvloeden, leiden tot drastische veranderingen in materiaaleigenschappen, ook al is de materiaalstructuur vergelijkbaar.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers bij Spin Electronics Group bij Toyohashi Tech en bij Myongji University, Harbin Instituut voor Technologie, Massachusetts Institute of Technology, Universidad Tecnica Federico Santa María, Universiteit van Californië, San Diego, en Trinity College Dublin ontdekten dat de pilaarvormige verdeling van ijzer in strontiumtitanaat (STF) op nanoschaal de magnetische en magneto-optische respons drastisch verandert. Verrassend genoeg, het polykristallijne monster vertoonde sterker magnetisme dan enkelkristallijne film.

"In gebruikelijke oxidesystemen, magnetische en magneto-optische effecten zijn sterker in sterk geordende structuren. Met andere woorden, enkelkristallijn materiaal is beter voor het verkrijgen van betere magnetische eigenschappen, " legt assistent-professor Taichi Goto uit, "Echter, ijzer-gesubstitueerd strontiumtitanaat afgezet bij bepaalde zuurstofdruk is anders."

De STF-films werden bereid door gepulseerde laserafzetting bij verschillende drukken direct op siliciumsubstraat, en kristallijne structuur en magnetische eigenschappen werden systematisch gekarakteriseerd. Een monster dat bij een bepaalde druk was afgezet, vertoonde een significant sterker magnetisme en een grotere Faraday-rotatiehoek (magneto-optische effecten) bij kamertemperatuur. Verschillende tests die de zuurstofstoichiometrie en de bijbehorende Fe-valentietoestanden analyseren, de structuur en de spanningstoestand, en de aanwezigheid van kleine volumefracties van ijzer onthulde dat de nanostructuur en clustering van de elementen het magnetisme versterkten.

Deze resultaten tonen de brede mogelijkheid aan dat polykristallijne films worden gebruikt in op silicium gebaseerde apparaten. In deze krant, de integratie van STF-film met optische resonator met een schaal van 0,1 mm werd aangetoond. Verder, de integratie van dergelijke nieuwe oxiden met conventionele apparaatconcepten zou de weg vrijmaken voor interessante systemen in de toekomst.