p Os cientistas da PSI adquiriram uma compreensão fundamental de um material altamente promissor que pode ser adequado para futuras aplicações de armazenamento de dados. Seus experimentos com óxido de estrôncio-irídio, Sr ₂ IrO ₄ , investigou as propriedades magnéticas e eletrônicas do material como um filme fino. Eles também analisaram como essas propriedades podem ser sistematicamente controladas pela manipulação dos filmes. Este estudo foi possível graças à sofisticada dispersão de raios-X, uma tecnologia em que os pesquisadores PSI estão entre os especialistas mundiais. Os resultados são publicados hoje na revista. Proceedings of the National Academy of Sciences . p Em sua busca pelo armazenamento de dados magnéticos do futuro, os pesquisadores estão procurando materiais adequados com propriedades que possam ser personalizadas da forma mais flexível possível. Um candidato promissor é o óxido de estrôncio-irídio, um óxido de metal com a notação química Sr ₂ IrO ₄ . Cientistas da PSI investigaram este material, trabalhando ao lado de colegas na Polônia, os EUA e a França.

p "A palavra-chave da nossa pesquisa é spintrônica, "explica Thorsten Schmitt, Chefe do Grupo de Pesquisa PSI para Espectroscopia de Materiais Novos. Spintrônica utiliza a carga elétrica do elétron e seu spin interno para desenvolver componentes eletrônicos avançados.

p Spintrônica já está sendo usada nos discos rígidos de hoje, mas as propriedades dos materiais usados ​​são baseadas no magnetismo "normal":ferromagnetos como ferro ou níquel, onde os spins são dispostos em paralelo. Sua desvantagem é o espaçamento relativamente grande necessário entre os pontos de armazenamento de dados ferromagnéticos, ou seja, os bits, para evitar interferência cruzada.

p Especialistas acreditam que materiais antiferromagnéticos podem oferecer uma alternativa promissora, como seus spins são dispostos em direções opostas. Visto externamente, materiais antiferromagnéticos são, portanto, magneticamente neutros. Portanto, um bit antiferromagnético não interfere com seu vizinho. "Esses bits podem ser embalados de forma mais compacta, para que mais dados possam ser armazenados no mesmo espaço, "Schmitt diz." Além disso, as operações de leitura e gravação de dados são muito mais rápidas. "

p O óxido de estrôncio-irídio é um desses materiais antiferromagnéticos. É essencialmente um cristal dentro do qual os átomos de irídio e oxigênio formam minúsculosoctaedros. "Chamamos isso de estrutura perovskita, "explica Milan Radovic, físico do PSI e coautor do novo estudo. "É um material ideal para manipular sistematicamente suas propriedades funcionais, "Radovic acrescenta.

p Manipulando filmes finos

p Para realizar tal manipulação e descobrir mais sobre as propriedades deste material altamente promissor, Os cientistas do PSI aplicaram um fino, camada cristalina de Sr ₂ IrO ₄ como o filme principal em diferentes substratos cristalinos. A ideia é que o substrato faça com que a estrutura cristalina do filme aplicado seja distorcida. "É como se estivéssemos puxando ou comprimindo nosso material no nível dos átomos, "Schmitt explica. Isso faz com que os octaedros de perovskita se torçam e se desloquem ligeiramente um contra o outro, em última análise, alterando as propriedades do material como um todo.

p Este método torna possível ajustar sistematicamente as propriedades magnéticas e eletrônicas do material. E como esse tipo de material já está sendo utilizado em componentes eletrônicos na forma de filmes finos, desenvolver aplicativos nesta área seria o próximo passo lógico.

p Obtenção de uma imagem global

p Para uma análise aprofundada de suas amostras, Os cientistas da PSI usaram uma técnica especial de raios-X que foi amplamente desenvolvida pela PSI, conhecida como Dispersão de Raios-X Inelástica Ressonante, ou RIXS para breve. No PSI, os pesquisadores usaram raios X suaves para realizar seus experimentos RIXS. A pesquisa na Suíça foi complementada por medições de precisão adicionais com raios-X duros de alta energia conduzidos na Instalação Europeia de Radiação Síncrotron em Grenoble e na Fonte Avançada de Fótons em Argonne, NÓS..

p "A maioria dos métodos enfoca separadamente o magnetismo ou as propriedades eletrônicas, "Schmitt explica." Com RIXS, por outro lado, podemos investigar ambas as propriedades com a mesma medida e compará-las diretamente uma com a outra. Resumindo:obtivemos com sucesso uma imagem global de nossa amostra. "

p Os pesquisadores foram capazes de descobrir como as propriedades eletrônicas mudam quando a rede cristalina do Sr ₂ IrO ₄ o filme está distorcido, e como esse desenvolvimento está ligado à mudança no magnetismo. Ambos andam de mãos dadas - e fornecem descobertas importantes para aplicações em potencial.

p Supercondutores como paradigma

p Especificamente, o grupo conseguiu modificar o óxido de estrôncio-irídio para que suas propriedades magnéticas imitassem outra classe de materiais fascinantes:supercondutores de alta temperatura compostos de camadas de óxido de cobre, também conhecido como cuprates. Eles também têm uma estrutura semelhante à perovskita. Em seu experimento, Cientistas do PSI puxaram e torceram o Sr ₂ IrO ₄ filme de modo que as distâncias atômicas na rede cristalina expandiram e, adicionalmente, ocorreu uma rotação. "Isso nos permitiu fazer o material replicar as propriedades de um cuprato, "diz Schmitt." No entanto, ainda estamos muito longe de produzir um novo supercondutor, " ele diz, antes que alguém tenha esperanças. Ele também acha que pode levar mais 10 ou 20 anos antes que as descobertas atuais possam contribuir para o desenvolvimento de novos aplicativos de armazenamento de dados. "Nossa tarefa é produzir pesquisas fundamentais. Isso é de vital importância como um trampolim no desenvolvimento futuro de novos materiais."