(PhysOrg.com) -- Onderzoeker Derek Stewart zegt dat het mineraal kotoiet een ideale isolator zou kunnen zijn voor geheugenopslagapparaten die magnetische tunnelovergangen worden genoemd.

Doorbraken in de elektronica zijn vaak het resultaat van het vinden van het juiste materiaal voor een apparaat, zoals het wolfraam in gloeilampen of het silicium in transistors. Nutsvoorzieningen, een wetenschapper van Cornell gelooft dat het mineraal kotoiet een ideale isolator zou kunnen zijn voor geheugenopslagapparaten die magnetische tunnelovergangen worden genoemd, gevonden in computers, mobiele telefoons en magnetische veldsensoren.

Het werk, voortbouwend op eerder onderzoek door andere Cornell-wetenschappers, wordt uitgegeven door Derek Stewart, de computationele onderzoeksmedewerker van de Cornell NanoScale Science and Technology Facility, in de online editie van 17 december van Nano-letters (verschijnt later in druk).

Magnetische tunnelovergangen zijn gemaakt van een sandwich van twee magneten, typisch op ijzer gebaseerd, met een oxide in het midden van slechts nanometer dik. Elektronen "tunnelen" tussen de twee magneten, en het oxide filtert informatie uit de spintoestanden van de elektronen om een ​​zogenaamd niet-vluchtig geheugen te creëren, die geen elektriciteit nodig heeft om informatie op te slaan. Deze knooppunten worden ook gebruikt als zeer gevoelige magnetische sensoren of leeskoppen voor harde schijven, omdat de apparaatstromen afhankelijk zijn van de relatieve oriëntatie van de magnetische polen van de ijzerlagen.

Cornell-onderzoekers, waaronder Robert Buhrman, de John Edson Sweet Professor of Engineering, en Dan Ralph, de Horace White hoogleraar natuurkunde, lopen al jaren voorop in deze technologie.

In de industrie van vandaag, de meeste magnetische tunnelovergangen gebruiken aluminiumoxide als isolator. Maar in laboratoria over de hele wereld, magnesiumoxide wordt getest als een isolator van de volgende generatie, omdat de kubische kristalstructuur goed past bij de metalen draden, waardoor een efficiëntere filtering van elektronen mogelijk is. Johannes Lees, een voormalig afgestudeerde student in het lab van Buhrman (nu een postdoctoraal medewerker bij het National Institute of Standards and Technology), bij toeval ontdekt dat het element borium, die hij bij Cornell had gebruikt bij het fabriceren van magnetische tunnelovergangen om de materiaalinterfaces glad te strijken, lekte in de isolatoren en vormde een kristal, in plaats van weg te diffunderen zoals bedoeld. Toch werkten de apparaten nog steeds.

Nieuwsgierig, het team gebruikte de computationele expertise van Stewart om achteruit te werken en erachter te komen welk specifiek materiaal per ongeluk tussen de twee magneten is ontstaan ​​als gevolg van de boorverontreiniging.

Functionele dichtheidsberekeningen brachten Stewart naar kotoite (Mg ₃ B ₂ O ₆ ), een magnesiumoxide dat ook twee booratomen heeft, die goed past bij de chemie van de magneten, maakt een goede elektronenfiltering mogelijk, en heeft een iets andere kristalvorm dan gewoon magnesiumoxide (MgO). Hij toonde ook aan dat de kristalvorm van het mineraal - orthorhombisch, in tegenstelling tot de kubische symmetrie van magnesiumoxide -- zou kunnen leiden tot een nog betere elektronenspinfiltering.

"Derek heeft prachtig werk geleverd door aan te tonen dat de symmetrie-argumenten die men maakt voor magnesiumoxide kunnen worden aangetoond voor [kotoiet], " zei Lees.