O monossilicida de níquel (NiSi) é amplamente utilizado para conectar transistores em circuitos semicondutores. Cálculos teóricos anteriores previram incorretamente que o NiSi não era magnético. Como resultado, os pesquisadores nunca exploraram completamente o magnetismo no NiSi.



Recentemente, no entanto, os cientistas usaram o espalhamento de nêutrons para identificar uma forma indescritível de ordem magnética no NiSi. A pesquisa foi publicada na revista Advanced Materials .

O magnetismo consiste em spins magnéticos (um pouco como agulhas de bússola) de átomos de níquel vizinhos. Esses giros apontam principalmente em direções opostas, com uma pequena inclinação coletiva em uma direção. O magnetismo persiste em temperaturas bem acima da temperatura operacional da eletrônica. Além disso, esse magnetismo pode ser invertido com pequenos campos magnéticos.

Como o NiSi é amplamente utilizado pela indústria de semicondutores, ele já é compatível com a fabricação de chips. Os físicos usaram o espalhamento de nêutrons na Spallation Neutron Source, uma instalação do Departamento de Energia do Laboratório Nacional de Oak Ridge, para descobrir uma ordem magnética em NiSi de cristal único que não era conhecida anteriormente.

A ordem magnética é principalmente não centrossimétrica (sem simetria de inversão) e antiferromagnética (AFM) com uma ligeira inclinação dos spins produzindo uma magnetização não compensada muito pequena. A ordem persiste em temperaturas de pelo menos 700 Kelvin – bem acima das temperaturas operacionais da eletrônica.

A magnetização não compensada pode ser totalmente comutada por pequenos campos magnéticos, e os campos magnéticos também podem perturbar a ordem AFM subjacente. A magnetização não compensada, embora pequena, é crucial para o efeito Hall anômalo observado (acoplamento das propriedades magnéticas e eletrônicas), que é notável para um material predominantemente AFM.

A estrutura magnética robusta e o acoplamento das propriedades magnético-eletrônicas do NiSi oferecem a oportunidade de usar o NiSi para aplicações de memória magnética. A equipe de pesquisa também aplicou a teoria do funcional da densidade combinada com o método de correção da interação auto-(elétron) (em vez de usar a aproximação da densidade local) para identificar a origem do magnetismo como decorrente da hibridização entre orbitais Ni 3d e estados Si sp.

Aproveitar o magnetismo recém-descoberto do NiSi em semicondutores pode levar a computadores e memória de computador mais rápidos. O magnetismo único do NiSi é atraente porque os eletrônicos que usam magnetismo para armazenar e processar dados são confiáveis, rápidos e pequenos. O resultado são capacidades aumentadas a custos mais baixos. O trabalho também destaca a necessidade de melhorias na forma como os cientistas aplicam a modelagem convencional a determinados materiais.