Een studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen vat de belangrijkste resultaten samen die tot nu toe zijn gemaakt in het onderzoek naar Heusler-legeringen. "Ons overzichtsartikel kan dienen als een ideale referentie voor onderzoekers in magnetische materialen, " zegt Atsufumi Hirohata van de Universiteit van York, VK, die gespecialiseerd is in spintronica.

Spintronica, ook wel spin-elektronica genoemd, is een gebied van toegepaste fysica dat het gebruik van elektronenspins bestudeert, in plaats van hun aanklacht, om informatie in solid-state apparaten te dragen, met vermindering van het stroomverbruik en verbeteringen in geheugen en verwerkingsmogelijkheden.

Een categorie materialen die op dit gebied veelbelovend is, zijn Heusler-legeringen:materialen gevormd uit een of twee delen metaal X, een deel metaal Y, en een deel metaal Z, elk afkomstig uit een afzonderlijk deel van het periodiek systeem der elementen. Het interessante van deze legeringen is dat individueel, de metalen zijn niet magnetisch, maar gecombineerd, ze worden magnetisch.

Een groot voordeel van Heusler-legeringen voor spintronische apparaten is de mogelijkheid om hun unieke elektrische en magnetische eigenschappen te regelen, die direct voortkomen uit elektronenspins, door veranderingen aan te brengen in hun kristallijne structuren. Maar dit vereist zeer hoge temperaturen, die onderzoekers willen verminderen.

In de afgelopen decennia is wetenschappers hebben gewerkt aan benaderingen om Heusler-legeringsfilms bij kamertemperatuur te laten groeien op speciale substraten met kristalroosters die vergelijkbaar zijn met die van de legering. De interactie tussen de twee roosters kan leiden tot de ontwikkeling van halfmetalliciteit in de Heusler-legering, waarbij alleen elektronen die in de ene richting ronddraaien door het materiaal worden geleid, terwijl die in een andere dat niet zijn.

Onderzoekers moeten de eigenschappen van materialen kunnen meten om hun onderzoek te kunnen doen. De atomaire structuur van Heusler-legeringen kan direct worden waargenomen door röntgendiffractie en indirect worden gemeten door de relatie tussen de weerstand van het materiaal tegen elektrische stroom en temperatuurveranderingen te onderzoeken. Er zijn ook andere technieken beschikbaar om hun magnetische eigenschappen te meten.

Hirohata en zijn collega's werken momenteel aan het fabriceren van een metalen magnetische junctie gemaakt van Heusler-legeringsfilms. Deze verbindingen zijn gemaakt van twee ferromagneten, gescheiden door een dunne isolator. Als de isolatielaag dun genoeg is, elektronen kunnen tunnelen van de ene ferromagneet naar de andere. Er is een lage weerstand tegen elektronenbeweging zolang een extern magnetisch veld wordt toegepast, maar zodra het is verwijderd, het materiaal wordt zeer goed bestand tegen elektronenbeweging. "Deze apparaten zullen naar verwachting de momenteel gebruikte geheugencellen en magnetische sensoren vervangen, ", zegt Hirohata. Het team hoopt metalen magnetische knooppunten te ontwikkelen met een veel grotere magnetoweerstand dan het huidige record bij kamertemperatuur, het realiseren van een volgende generatie herinnering voor een duurzame samenleving.