Η ερευνητική ομάδα καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο οι περιστροφές ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν με κρυσταλλικό πλέγμα σε οξείδιο του νικελίου
Οι περιστροφές ηλεκτρονίων είναι θεμελιώδεις ιδιότητες των ηλεκτρονίων που καθορίζουν τη μαγνητική τους συμπεριφορά. Σε υλικά όπως το οξείδιο του νικελίου, οι περιστροφές ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν με το κρυσταλλικό πλέγμα, δημιουργώντας μια ποικιλία μαγνητικών φαινομένων. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συμβαίνουν αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό νέων υλικών για την αποθήκευση μαγνητικών δεδομένων και άλλες εφαρμογές.
Τώρα, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley του Τμήματος Ενέργειας (Berkeley Lab) έχει κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι περιστροφές ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν με το κρυσταλλικό πλέγμα στο οξείδιο του νικελίου. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Communications, παρέχουν θεμέλιο για την κατανόηση και το σχεδιασμό νέων υλικών για την αποθήκευση μαγνητικών δεδομένων.
"Η μελέτη μας αποκαλύπτει τις μικροσκοπικές λεπτομέρειες του τρόπου με τον οποίο οι περιστροφές ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν με το πλέγμα στο οξείδιο του νικελίου", δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Yimei Zhu, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο τμήμα επιστημών υλικών του Berkeley Lab. "Αυτή η κατανόηση είναι απαραίτητη για τον ορθολογικό σχεδιασμό νέων υλικών με επιθυμητές μαγνητικές ιδιότητες".
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών τεχνικών, συμπεριλαμβανομένης της σκέδασης νετρονίων και της φασματοσκοπίας απορρόφησης ακτίνων Χ, για να μελετήσουν τις μαγνητικές διεγέρσεις στο οξείδιο του νικελίου. Διαπίστωσαν ότι οι περιστροφές ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν με το πλέγμα με δύο διαφορετικούς τρόπους:μέσω της αλληλεπίδρασης ανταλλαγής και της αλληλεπίδρασης περιστροφής-τροχιάς.
Η αλληλεπίδραση ανταλλαγής είναι μια μαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ δύο ηλεκτρονίων που προκύπτει από την αρχή του αποκλεισμού Pauli. Η αλληλεπίδραση spin-orbit είναι ένα σχετικιστικό αποτέλεσμα που προκύπτει από την αλληλεπίδραση μεταξύ της περιστροφής του ηλεκτρονίου και της κίνησης της.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η αλληλεπίδραση ανταλλαγής είναι η κυρίαρχη αλληλεπίδραση στο οξείδιο του νικελίου. Ωστόσο, η αλληλεπίδραση περιστροφής-τροχιάς διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό των μαγνητικών ιδιοτήτων του υλικού.
"Η μελέτη μας παρέχει μια ολοκληρωμένη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι περιστροφές ηλεκτρονίων αλληλεπιδρούν με το πλέγμα στο οξείδιο του νικελίου", δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Junjie Zhang, επιστήμονας προσωπικού στο τμήμα επιστημών υλικών του Berkeley Lab. "Αυτή η κατανόηση θα μας επιτρέψει να σχεδιάσουμε νέα υλικά με προσαρμοσμένες μαγνητικές ιδιότητες για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως η αποθήκευση μαγνητικών δεδομένων, η Spintronics και η Quantum Computing".
Εκτός από τους Zhu και Zhang, άλλοι ερευνητές που συμμετέχουν στη μελέτη περιλαμβάνουν:Wenbin Wang, Xiangli Peng και Xiao Zhang του Berkeley Lab. και Robert J. Cava του Πανεπιστημίου του Πρίνστον.
Η έρευνα αυτή υποστηρίχθηκε από το Γραφείο Επιστημών DOE, το Γραφείο Βασικών Ενεργειακών Επιστημών, των Επιστημών Υλικών και Τεχνολογίας, σύμφωνα με τη σύμβαση DE-AC02-05CH11231. Η πρόσβαση στο Advanced Light Source Beamline 12.3.2 παρέχεται από το Γραφείο Επιστημών DOE, Γραφείο Βασικών Ενεργειακών Επιστημών. Τα πειράματα διασκορπισμού νετρονίων πραγματοποιήθηκαν στην πηγή νετρονίων (SNS), ένα γραφείο χρήστη DOE Office of Science που διαχειρίζεται το Oak Ridge National Laboratory.
