Isı artık bir gizem olmadığında, spintronics daha gerçek hale gelir!
Spintronics'in gelişimi, manyetik olarak polarize akımın akışını kontrol edebilen malzemelere dayanmaktadır. Ancak, malzemeler arasındaki ara yüzeydeki ısı transferinin detayları bilinmediğinde, kontrolden bahsetmek zordur. Materyal bilgimizdeki bu termal boşluk, şimdi ferromanyetik metaller ve yarı iletkenler arasındaki arayüzde meydana gelen dinamik fenomeni ayrıntılı olarak tanımlayan Polonyalı-Alman fizikçilerden oluşan bir ekip tarafından dolduruldu. Spintronics, elektroniğin halefi olarak kabul edilir.Spintronik cihazlarda, akımın yerini spin akımı alır. Galyum arsenit / demir silisit heteroyapı, bu uygulama için umut verici bir malzeme gibi görünmektedir. Bu arayüzden geçen her dört elektron için, üç elektron manyetik momentin yönü hakkında bilgi taşır. Bununla birlikte, şimdiye kadar, ısı akışını belirleyen arayüzün dinamik özellikleri hakkında çok az şey bilinmektedir. Polonya Bilimler Akademisi (IFJ PAN) Nükleer Fizik Enstitüsü (Cracow), Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT), Berlin'deki Paul Druder Enstitüsü ve Hamburg'daki Desi Araştırma Merkezi arasındaki işbirliği nihayetinde bu boşluğu kapatmaya yardımcı oldu.
Park Bilimi Kırıldı: Fe3Si demir silisit ve galyum arsenit sistemi özeldir.İki malzeme doğası gereği çok farklıdır: biri çok iyi bir ferromanyetik malzeme, diğeri ise yarı iletkendir. Öte yandan, kafes sabiti, yani atomlar arasındaki karakteristik mesafe, iki malzeme arasında yalnızca% 0,2 oranında farklılık gösterir, bu nedenle neredeyse aynıdırlar. Dr. Przemyslaw Piekarz (IFJ PAN) şunları söyledi: Bu malzemeler iyi bir şekilde birleştirildi ve arayüzün yakınında herhangi bir kusur veya bariz stres yok. "Polonyalı ekip, test yapısı, fonon bilgisayarındaki kafes titreşiminin teorik modellerinin hazırlanmasına odaklandı. Program, Profesör Krzysztof Parlinski (IFJ PAN) tarafından son 20 yılda oluşturuldu ve geliştirildi ve burada önemli bir rol oynadı.Atomlar arasındaki etkileşim kuvvetlerini hesaplamak için kuantum mekaniğinin temel yasaları kullanılır, böylece araştırmacılar kristallerdeki atomların tanımını çözebilirler. Ağdaki hareket denklemi.
GaAs / Fe3Si arayüz mikrografı (GaAs yeşil ile işaretlenmiştir, Fe3Si sarı ile işaretlenmiştir ve germanyumun koruyucu tabakası kahverengidir). Resim: IFJ PAN
Hesaplamaların çoğunu yapan Dr. Malgorzata Sternik (IFJ PAN) şu açıklamayı yaptı: Modelimizde substrat galyum arsenittir ve en dıştaki katmanı arsenik atomlarından oluşmaktadır. Üstünde dönüşümlü olarak düzenlenmiş demir-silikon katman ve demir katman bulunur. Arayüzün yakınındaki katı kristaller ve atomik titreşimler için farklıdır. Bu nedenle, titreşim spektrumunun arayüze olan mesafeye göre nasıl değiştiğini araştırdık. Kristaldeki atomların dinamikleri rastgele değildir ve kristal materyalin özelliği uzun menzilli düzenlemedir. Bu nedenle, atomların hareketi burada kaotik değil, belirli, bazen çok karmaşık bir model izliyor. Enine dalgalar esas olarak ısı transferinden sorumludur. Bu, kafes dinamiklerini analiz ederken araştırmacıların arayüz düzlemine paralel atomik titreşimlere özel dikkat göstermeleri gerektiği anlamına gelir. İki malzemedeki atomların titreşim dalgaları birbiriyle eşleşirse, ısı arayüz boyunca etkili bir şekilde akacaktır.
Baş bilim adamı Dr. Svetoslav Stankov (KIT) şu açıklamayı yaptı: Ultra ince katmanların atomik titreşim spektrumunu ölçmek, deneysel katı hal fiziğinin en büyük zorluklarından biridir. Senkrotron radyasyon kaynağının mükemmel performansı sayesinde, nanomalzemelerdeki atomik titreşimin enerji spektrumunu çok yüksek çözünürlüklü nükleer elastik olmayan saçılma yoluyla doğrudan ölçebilir. Deneyimizde, senkron elektron ışını arayüz düzlemine paralel olarak yönlendirilmiştir. Bu şekilde, atomik titreşimi Fe3Si / GaAs arayüzüne paralel olarak gözlemleyebiliriz. Ek olarak, deneysel yöntem öğeye özgüdür, yani elde edilen veriler gerçekte arka plandan veya diğer eserlerden etkilenmez. Ge / Fe3Si / GaAs örnekleri, Paul Drude Enstitüsü Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nde doktora öğrencisi Jochen Kalt tarafından hazırlanan farklı miktarlarda Fe3Si tek tabakalı filmler (3, 6, 8 ve 36) içeriyordu. T fur Festkorperelektronik.
GaAs / Fe3Si arayüz modeli, Arsen atomları turuncu, galyum yeşili, silikon kırmızısı ve demir mavisi ile işaretlenmiştir. Resim: IFJ PAN
Deney, Hamburg senkrotron radyasyon kaynağı Petra III'ün dinamik ışını P01 üzerinde gerçekleştirildi.Sonuçlar, iki malzemenin kafes parametrelerinin benzer olmasına rağmen, arayüz atomlarının titreşiminin yığın atomunkinden çok farklı olduğunu gösterdi. Ön hesaplamalar deneysel sonuçlarla iyi bir uyum içindedir ve arayüz atomlarının titreşim enerji spektrumunun yeni özellikleri yeniden üretilir. Dr. Stankov şu sonuca vardı: Teori ve deneyin mükemmel kombinasyonu, arayüz fonon nano mühendisliğinin yolunu açtı, bu da daha etkili termoelektrik heteroyapı tasarımına yol açacak ve termal yönetim ile nanoelektroniğin daha da geliştirilmesini teşvik edecek. Fe3Si / GaAs arayüzü, dinamik ve spintronik arayüz fenomenlerini incelemek için ideal bir model sistemdir. Gelecekte, araştırma ekibi bu ümit vaat eden materyalin elektronik ve manyetik özelliklerini daha iyi anlamak için bu çalışmayı genişletmeyi planlıyor.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Nükleer Fizik Enstitüsü, Polonya Bilimler Akademisi
Referans Dergi Literatürü: "Physics Review B"
Kağıt DOI: 10.1103 / PhysRevB.98.121409
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
