Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte descobriram que o material cerâmico de óxido lantânio estrôncio manganita (LSMO) retém suas propriedades magnéticas em camadas atomicamente finas se estiver "imprensado" entre duas camadas de um óxido cerâmico diferente, óxido de cromo e estrôncio de lantânio (LSCO). As descobertas têm implicações para o uso futuro do LSMO em dispositivos de armazenamento e computação baseados em spintrônica.

Em sua forma volumosa, o LSMO tem propriedades magnéticas e metálicas. A condutividade do material pode ser alterada mudando seu campo magnético, o que torna o LSMO atraente para uso como um switch em dispositivos spintrônicos. Contudo, quando o material atinge uma certa espessura - entre cinco e 10 camadas atômicas - ele perde essas propriedades.

Divine Kumah, professor assistente de física na NC State e autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho, queria saber por que o LSMO perde suas propriedades magnéticas em uma espessura específica, e encontrar uma maneira de tornar o LSMO magnético em uma forma fina.

Kumah, com colegas e alunos de pós-graduação da Carolina do Norte, primeiro cresceu filmes finos de LSMO em titanato de estrôncio - um substrato não magnético comumente usado como um andaime neutro. A equipe desenvolveu filmes com espessura de duas a 10 camadas atômicas e testou suas propriedades magnéticas.

Próximo, a equipe utilizou a fonte de luz síncrotron no Argonne National Laboratory para que pudessem obter uma visão tridimensional do arranjo dos átomos dentro das finas camadas do LSMO. Eles descobriram que em extrema magreza, os átomos de oxigênio e manganês moveram-se ligeiramente fora do alinhamento na superfície do material, efetivamente desligando seu magnetismo.

"Em cerca de cinco camadas atômicas, vimos distorções na superfície da camada e na interface inferior com o andaime, "Kumah diz." Os átomos de oxigênio e manganês se reorganizam. O magnetismo e a condutividade elétrica no LSMO estão relacionados a como esses dois átomos se ligam, então, se houver distorções polares no filme, onde se movem para cima e para baixo, os laços esticam, os elétrons não podem se mover pelo material de forma eficaz e o magnetismo é desligado. "

A equipe notou que essas distorções começaram na parte superior do filme e se estenderam aproximadamente três camadas abaixo da superfície.

"Descobrimos que as distorções ocorrem porque a estrutura do cristal cria um campo elétrico na superfície, "Kumah diz." Os átomos de oxigênio e manganês se movem para cancelar o campo elétrico. Nosso desafio era fazer crescer algo nas interfaces que seja compatível com o LSMO estruturalmente, mas que também seja isolante - de modo que removamos o campo elétrico, parar o movimento dos átomos de oxigênio e manganês e reter as propriedades magnéticas. "

Os pesquisadores descobriram que, ao usar duas camadas de LSCO em cada lado do LSMO, o LSMO poderia reter suas propriedades magnéticas em duas camadas atômicas.

"É como um sanduíche - LSCO é o pão e LSMO é a carne, "Kumah diz." Você pode usar menos de cinco camadas de LSMO neste arranjo sem qualquer deslocamento atômico. Esperançosamente, nosso trabalho mostrou que esses materiais podem ser finos o suficiente para serem úteis em dispositivos spintrônicos. "