Bijzondere ontdekking in dunne-film magnetisme
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Melissa Vianen
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=305314
printerversie
14 augustus 2015
Bijzondere ontdekking in dunne-film magnetisme
Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente en de Stichting FOM hebben een bijzonder effect geconstateerd in de magnetische eigenschappen van nanolaagjes van lanthaan-mangaan-oxide (LaMnO[3]). In een gezamenlijk onderzoek met wetenschappers uit
Singapore, de Verenigde Staten en Ierland ontdekten zij een zeer abrupte, bijzondere verandering van het magnetisme bij een minieme verandering in de dikte van de laag. Het onderzoek is deze week gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijk tijdschrift Science.
Figuur 1. Afbeelding van de magnetische signalen
vergroten Figuur 1. Afbeelding van de magnetische signalen
Afbeelding van de magnetische signalen afkomstig van de LaMnO[3] films, zoals gemeten met een Scanning SQUID Microscoop. Het magnetisch actieve linker deel van de film is 7 LaMnO[3] blokken dik (ongeveer 3nm), en het rechter deel is 5 LaMnO[3] blokken dik (2 nm).
Figuur 2. Meetopstelling
vergroten Figuur 2. Meetopstelling
Het plaatje geeft de meetopstelling schematisch weer
Onderzoek
Materialen met bijzondere elektronische of magnetische eigenschappen zijn van groot belang voor allerhande toepassingen. Een bijzonder veelzijdige categorie van materialen zijn de zogeheten 'perovskiet-oxiden'. In het onderzoek aan deze materialen is de Universiteit Twente toonaangevend.
In het nu gepubliceerde onderzoek hebben de wetenschappers een bijzonder effect ontdekt in het magnetisme van een van deze perovskiet-oxiden; lanthaan-mangaan-oxide. Dit materiaal bestaat uit stapelingen van LaMnO[3] kristallijne eenheidscellen, vergelijkbaar met de stapeling van LEGO blokken.
In dit geval zijn de individuele bouwstenen slechts 0,4 nanometer groot (1 nanometer is 1 miljoenste van een millimeter).
De onderzoekers brachten voor hun onderzoek dunne laagjes van LaMnO[3] aan op een niet-magnetische ondergrond van strontium-titaan-oxide (SrTiO[3]) via zogeheten gepulste laser depositie. Met behulp van Scanning SQUID Microscopie, een techniek die gebruik maakt van supergeleidende
magnetometers waarmee extreem gevoelig magnetische velden gemeten kunnen worden, werd een helder beeld verkregen van de magnetische eigenschappen van deze lagen. Zodoende werden de diverse samples, gemaakt op de Universiteit Twente en door de National University of Singapore, onder de loep
genomen.
De onderzoekers constateerden dat na het aanbrengen van een zesde laag van LaMnO[3] blokken de toestand van het materiaal drastisch veranderde: van anti-ferromagnetisch (wat geen waarneembaar magnetisme oplevert) naar ferromagnetisch. Een dergelijk bijzonder abrupt effect is nog niet eerder
waargenomen.
In het artikel beschrijven de onderzoekers een mogelijke verklaring voor deze overgang, gebaseerd op een interne verschuiving van elektrische lading in het LaMnO[3] door elektrische velden in dit materiaal.
Toepassing
De ontdekking van zo'n scherpe, kritische laagdikte voor ferromagnetisme biedt unieke mogelijkheden om op nanoschaal magnetische structuren te definieren en impliceert ook dat er sprake is van een heel gevoelige functionaliteit, waarbij een kleine aanpassing een verandering in de magnetische
eigenschappen kan oproepen. Dat geldt mogelijk niet alleen voor het aanbrengen van een extra LaMnO[3] blok, maar wellicht ook voor andere manipulaties zoals het aanbrengen van elektrische spanningen of het adsoberen van bepaalde moleculen. Vervolgstudies zullen zich dan ook richten op het
gebruik van dit effect in informatie-technologie en in sensoren.
Vanuit de Universiteit Twente is het onderzoek uitgevoerd door de vakgroep Interfaces and Correlated Electron Systems (ICE) onder leiding van FOM-werkgroepleider prof. Hans Hilgenkamp, met een centrale rol voor UT-postdoc Xiao Renshaw Wang. Het onderzoek is in nauwe verbinding gedaan met de
groep van prof. Venkatesan en oud-UT promovendus prof. Ariando aan de National University of Singapore, met verdere bijdragen vanuit Stanford University, de University of Nebraska en Trinity College Dublin.
Het onderzoek werd mede ondersteund door NWO en de Stichting FOM.
Referentie
Het onderzoek, beschreven in het artikel 'Imaging and control of ferromagnetism in LaMnO[3]/SrTiO[3] heterostructures' door X. Renshaw Wang, C.J. Li, W.M. Lue, T.R. Paudel, D.P. Leusink, M. Hoek, N. Poccia, A. Vailionis, T. Venkatesan, J.M.S. Coey, E.Y. Tsymbal, Ariando en H. Hilgenkamp is
verschenen in de Science editie van 14 Augustus 2015.
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Prof.dr. Hans Hilgenkamp, Research Chair 'Interfaces and Correlated Electron Systems', MESA+ Institute for Nanotechnology, Universiteit Twente, telefoonnummer 053 489 38 41.