Duitse onderzoekers hebben met behulp van computersimulaties, ontdekte een combinatie van materialen die de zogenaamde Friedel-oscillaties versterkt en bundelt, als met een lens, in verschillende richtingen. Met een bereik van 50 nanometer, deze 'gigantische anisotrope ladingsdichtheidsoscillaties' zijn vele malen groter dan normaal en openen nieuwe mogelijkheden op het gebied van nano-elektronica om magnetische informatie uit te wisselen of te filteren.

In metalen zoals koper of aluminium, zogenaamde geleidingselektronen vrij kunnen bewegen, op dezelfde manier als deeltjes in een gas of een vloeistof. Indien, echter, onzuiverheden worden geïmplanteerd in het kristalrooster van het metaal, de elektronen clusteren samen in een uniform patroon rond het interferentiepunt, lijkt op de rimpelingen die optreden wanneer een steen in een plas water wordt gegooid. Wetenschappers in Jülich hebben, met behulp van computersimulaties, ontdekte nu een combinatie van materialen die deze Friedel-oscillaties versterkt en bundelt, als met een lens, in verschillende richtingen. Met een bereik van 50 nanometer, deze "gigantische anisotrope ladingsdichtheidsoscillaties" zijn vele malen groter dan normaal en openen nieuwe mogelijkheden op het gebied van nano-elektronica om magnetische informatie uit te wisselen of te filteren.

De studie die zojuist is gepubliceerd in Natuurcommunicatie werd voorafgegaan door een buitengewone ontdekking:wetenschappers van het Peter Grünberg Instituut in Jülich merkten vreemd gevormde elektronengolven op in beelden die werden verkregen met behulp van scanning tunneling microscopie. De foto's toonden het oppervlak van een dunne film van ijzer met zuurstofonzuiverheden. "Het golfpatroon bestond niet uit gesloten ringen zoals je normaal zou verwachten, maar eerder kruiselings verspreid vanuit het punt van interferentie in vier verschillende richtingen", meldde dr. Samir Lounis.

De reden voor de ongebruikelijke verdeling van de elektronendichtheidsfluctuaties zijn de vrijwel vierkante Fermi-oppervlakken van het materiaal. De elektronen met de meeste energie in een atomaire verbinding zijn degenen die op de Fermi-oppervlakken bewegen. De vorm van de Fermi-oppervlakken en de mobiliteit van de elektronen bepalen de fysische eigenschappen van de metalen. Fermi-oppervlakken zijn vaak cirkelvormig of vierkant van vorm met afgeronde randen.

"De vrijwel vlakke Fermi-oppervlakken van onze samples fungeren als een versterker voor Friedel-oscillaties, die zich loodrecht op de oppervlakken uitstrekken", legt Lounis uit. De onderzoekers hebben ontdekt dat dit effect aanzienlijk kan worden versterkt door de dikte van het metaal te variëren. Afhankelijk van het aantal aanwezige atomaire lagen, stapels Fermi-oppervlakken worden gevormd; hoe meer er zijn, hoe groter de trillingen. De onderzoekers noemden dit effect de "Giant Anisotropic Charge Density Oscillations".

In principe, de oscillaties zouden kunnen worden gebruikt om informatie uit te wisselen tussen afzonderlijke magnetische onzuiverheden en het integratieniveau van nano-elektronische componenten verder te verbeteren. Aangezien de oscillaties voornamelijk worden geproduceerd door spins met een enkele oriëntatie, ze zouden ook de basis kunnen vormen voor zogenaamde spinfilterelementen, die belangrijke componenten zijn in spintronische toepassingen.