(Phys.org) -Onderzoekers hebben aangetoond dat het coaten van een kobaltfilm in grafeen de loodrechte magnetische anisotropie (PMA) van de film verdubbelt, zodat het een waarde bereikt die 20 keer hoger is dan die van traditionele metallische kobalt/platina meerlagen die voor deze eigenschap worden onderzocht. In een materiaal met een hoge PMA, de magnetisatie is georiënteerd loodrecht op het grensvlak van de lagen van het materiaal. Er wordt onderzoek gedaan naar materialen met een hoog PMA-gehalte voor hun toepassingen in spintronische apparaten van de volgende generatie, zoals geheugens met hoge dichtheid en warmtetolerante logische poorten.
De onderzoekers, Hongxin Yang, et al., hebben een paper gepubliceerd over de gigantische PMA-verbetering in een recent nummer van: Nano-letters .

In het algemeen, spintronische apparaten werken door magnetische en elektrische velden te gebruiken om elektronenspins tussen hun twee toestanden te schakelen, waardoor de spins kunnen worden gebruikt als binaire informatiedragers. Een van de doelen op dit gebied is om de omvang van spintronische apparaten te verkleinen en tegelijkertijd informatie op lange termijn van meer dan 10 jaar te bewaren. Om dit te doen, het opslagmateriaal moet een grote PMA hebben.

"Loodrechte magnetische anisotropie (PMA) op ferromagnetische overgangsmetaal / isolatorinterfaces is van enorm belang geworden in de context van de ontwikkeling van verschillende spintronische apparaten, " co-auteur Mairbek Chshiev, een theoretisch fysicus en professor aan de Joseph Fourier University in Grenoble, Frankrijk, vertelde Phys.org . "Verbetering van effectieve PMA kan worden bereikt door de oppervlakte-PMA te vergroten of door de verzadigingsmagnetisatie van de opslaglaag te minimaliseren. De co-grafeen-heterostructuren die in het manuscript worden gepresenteerd, profiteren van beide eigenschappen."

Zoals de onderzoekers in hun paper uitleggen, de PMA-verbetering in de met grafeen gecoate kobaltfilms vindt zijn oorsprong op atomair niveau, waar grafeen de energie van de verschillende elektronenorbitalen van kobalt beïnvloedt. De grafeencoating verandert hoe deze orbitalen elkaar overlappen, die op zijn beurt de richting van het totale magnetische veld van de kobaltfilm verandert:een deel van de magnetisatie die oorspronkelijk evenwijdig aan het filmoppervlak was, is nu loodrecht op het filmoppervlak georiënteerd.

Het met grafeen gecoate kobalt heeft nog een ander voordeel, dat wil zeggen dat de film aanzienlijk dikker kan worden gemaakt dan andere materialen met een hoog PMA-gehalte. Typisch, materialen met een hoog PMA-gehalte kunnen slechts vijf of zo lagen dik zijn voordat hun loodrechte magnetisme spontaan begint te heroriënteren in de parallelle richting. De onderzoekers toonden hier aan dat met grafeen gecoat kobalt zijn loodrechte oriëntatie kan behouden, zelfs bij 13 lagen dik, wat een ander voordeel is voor toepassingen.

"Om de schaalbaarheid van spintronische apparaten verder te optimaliseren, de effectieve PMA van de opslaglaag moet worden gemaximaliseerd zodat de thermische stabiliteitsfactor hoog genoeg blijft om een ​​langdurige retentie in gigabit-toepassingen te bereiken, ' zei Chsjev.

De onderzoekers hopen dat deze resultaten, die de grote PMA-verbetering van de grafeencoating demonstreren, zal grafeen-kobaltstructuren maken die veelbelovende kandidaten zijn voor toekomstige spintronische apparaten. Ze zijn van plan om in de toekomst andere materialen met een hoog PMA-gehalte te blijven onderzoeken.

"We zullen andere materiaalcombinaties onderzoeken met een lage spin-baankoppeling en toch hoge PMA-waarden voor traditionele en grafeen spintronische apparaten in verticale geometrie, inclusief magnetische tunnelknooppunten, "Zei Chshiev. "Spin-orbitronica-fenomenen in laterale op grafeen gebaseerde apparaten zullen ook worden onderzocht."

© 2015 Fys.org