Tutkijat käyttävät optista tekniikkaa magneettisuuden tutkimiseen piilotetussa rajapinnassa kahden eksoottisen ohutkalvon välillä

Anonim

Materiaalien magneettiset ominaisuudet perustuvat vanhanaikainen nauhoitusmateriaali tekniikoihin nykyaikaisiin kovalevyihin, ja tutkijat pyrkivät jatkuvasti kehittämään uutta käyttöä magneettisesta käyttäytymisestä. Viime aikoina MIT: n tutkijat selvittivät, miten valopulsseja voidaan käyttää kartoittamaan hautetun rajapinnan magneettinen suunta ja lujuus kahden eksoottisen materiaalin, vismutti-selenidin ja europium sulfidin välillä.

Näissä materiaaleissa erittäin ohuissa kerroksissa oleva voileipä, joka erottaa sähköjohdot vain sen pinnalla ja toinen magneettikentällä erittäin alhaisissa lämpötiloissa, Nuh Gedik, Lawrence C. (1944) ja Sarah W. Biedenharnin urakehitysapulaisprofessori fysiikan ja jatko-opiskelijan Changmin Lee mitattiin magnetismia näiden kahden materiaalin rajapinnassa.

Niiden tekniikka perustuu transformaatioon, joka esiintyy matalassa lämpötilassa sovelletun magneettikentän alla, kun intensiteetit punaiset laservalopulsseja kulkevat näytteen läpi ja pienen osan punaisen valon fotoneista sulautuvat yhteen muodostaen yhden sinisen valon fotonin, jossa on kaksi kertaa yhtä energiaa punainen fotoni. Tämä muunnos, jota kutsutaan magneettiseksi toisen harmonisen generoimiseksi, tapahtuu vain matalissa lämpötiloissa.

Vaikka nämä materiaalit ovat erittäin ohuita, vaihtelevat välillä 1-10 nanometriä, toinen harmonisen sukupolven tekniikka kykenee selektiivisesti mittaamaan magnetismia vain vismutti-selenidin ja europium-sulfidinäytteen rajapinnassa, mutta jättää huomiotta kaikenlaiset aineen aiheuttamat häiriöt. "Se on todella kauneutta", Gedik sanoo.

Niiden tulokset julkaistiin Nature Communicationsissa. Lee suoritti optiset mittaukset ja analysoi tiedot, kun Gedik valvoi optisia mittauksia. Kirjailijat ovat mm. Ohutkalvotäytteitä valmisteleva MIT postdoc Ferhat Katmis ja fysiikan professori Pablo Jarillo-Herrero Mitsui-uran kehittämisapulaisprofessori sekä fysiikan laitokselta johtava tutkija Jagadeesh S. Moodera, joka ohjasi ohutkalvon kasvua.

Heidän koeasennuksensa tutkivat näytettä ultranopeilla femtosekundisilla laserimpulsseilla, jotka vaihtelivat magneettikentän orientaatiota joko yhdensuuntaisesti tai kohtisuorasti näyteeseen ja kerättiin tietoja näytteen sinisen valon emissioista. He keräsivät tietoja, kun he kieräsivät näytettä koko ympyrän kautta valolähteeseen nähden. (He myös suodattaa muuttumatonta punaista valoa.)

Edellä olevassa diaesityksessä olevassa kuviossa 2 kukin terälehtien kaltaiset kuusikulmaiset leudat osoittavat, kuinka sinisen valon intensiteetti, joka tulee ohuesta filmistä europiumisulfidista / vismutti-selenidistä muuttuu, kun näytettä kierretään. Tämän sinisen valon tai toisen harmonisen sukupolven mittaaminen paljastaa magnetismin suunnan ja lujuuden, joka haudattiin europium-sulfidin ja vismutti-selenidin väliseen rajapintaan.

Magneettisen toisen harmonisen sukupolven lähestymistavan avulla pystytään lisäksi mittaamaan samanaikaisesti sekä rinnakkaisia ​​että kohtisuorassa olevia magneettisia suuntauksia, ja sillä on tulevaisuudessa lupauksia magneettisten domeenien maalaustavoille, Gedik sanoo.

Tutkimuksessa paripuroitu europium sulfidi, ferromagneettinen eristin (FMI), jossa vismutti-selenidi, topologinen eriste (TI). Samalla kun tutkijat pystyivät mittaamaan magneettikentän aiheuttaman vuorovaikutuksen aiheuttamaa valon muutosta näyteessään, mekanismia ei vielä täysin ymmärretä.

Ferromagneettisessa materiaalissa, kuten europiumisulfidissa, sen magneettiset domeenit ovat tavallisesti satunnaisesti jakautuneita, jotkut magneettiset alueet osoittavat ylöspäin tai pohjoiseen ja jotkut osoittavat alaspäin tai etelään. Vahvan ulkoisen magneettikentän soveltaminen suuntaisi kaikki magneettiset alueet samaan suuntaan, kuten tutkijat suorittivat nämä tutkimukset.

"Tässä keskitymme vain yhteen osaan näytteestä ja mittaamme kollektiivisen magnetoinnin siinä vaiheessa, mutta lopulta haluaisimme laittaa (latauskytketty laite) näytteen jälkeen niin, että voimme itse asiassa spatiaalisesti visualisoida, mitä magneettisia hetkiä Kun me itse asiassa teemme sen, ilman mitään magneettikenttää, voimme erottaa, missä kaikki nämä magneettiset hetket ovat linjassa ", Lee selittää.

Tutkijat ovat kiinnostuneita oppimaan enemmän teoreettisesti ennustetusta tilasta, jota kutsutaan "kiraalisella reuna-tilalla", joka on yksiulotteinen virta, joka virtaa kaksidimensionaalisessa rajapinnassa europiumisulfidin ja vismutti-selenidin välillä. Tässä tilassa elektronit kohdistuvat spin-nimisen ominaisuuden mukaan. "Tavoitteenamme on laajentaa tätä tekniikkaa, jotta pystymme itse asiassa näkemään, mitä spin-rakenne näyttää ferromagneetin ja topologisen eristeen väliseltä rajapinnalta, ja mielestäni tämä on todella ainutlaatuinen tässä tekniikassa", Lee sanoo.

Jos he onnistuvat yhdistämään tämän tekniikan digitaalisella tallennuslaitteella, he voivat kyetä havaitsemaan tämän eksoottisen johtavan tilan, jonka odotetaan olevan näiden kahden materiaalin välisellä rajalla, Gedik ehdottaa. Tällainen irtoamaton (nollakestävyys) yksi suuntainen virta voisi olla hyödyllinen tuleville spintronic-laitteiden sovelluksille.

menu
menu