Spintrônica é um campo que lida com a eletrônica que explora o spin intrínseco dos elétrons e seu momento magnético associado para aplicações como computação quântica e dispositivos de armazenamento de memória. Devido ao seu spin e magnetismo exibidos na transição de fase do metal isolante, os sistemas eletrônicos fortemente correlacionados do óxido de níquel (NiO) foram exaustivamente explorados por mais de oito décadas. O interesse em suas propriedades antiferromagnéticas (AF) e de spin únicas teve um renascimento ultimamente, uma vez que o NiO é um material potencial para dispositivos spintrônicos ultrarrápidos.



Apesar deste aumento na popularidade, a exploração de suas propriedades magnéticas de superfície usando a técnica de difração de elétrons de baixa energia (LEED) não recebeu muita atenção desde a década de 1970. Para revisar a compreensão das propriedades da superfície, o professor Masamitsu Hoshino e o professor emérito Hiroshi Tanaka, ambos do Departamento de Física da Universidade Sophia, no Japão, revisitaram a cristalografia LEED de superfície do NiO.

Os resultados de seu estudo experimental quantitativo investigando o espalhamento de troca coerente em Ni ²⁺ íons em NiO de cristal único AF foram relatados no The European Physical Journal D .

Para o estudo, os pesquisadores tinham dois objetivos principais:aprimorar antigas técnicas experimentais usadas para decifrar o espalhamento coerente de troca de spin de elétrons de baixa energia por Ni ²⁺ íons de NiO e fornecer uma análise teórica confiável usando técnicas recentes.

Eles primeiro realizaram a caracterização quantitativa dos átomos superficiais do cristal NiO usando o método LEED. Isso lhes permitiu explorar a dependência energética do LEED para intensidade de "feixe de meia ordem" por meio de espectros IV. Após a inspeção da curva IV, os pesquisadores observaram um aumento na ressonância, que foi atribuído ao efeito de ressonância das ondas de superfície (SWR).

Isso levou a equipe a analisar a dependência da temperatura do LEED na intensidade máxima e nas propriedades de rotação da superfície sob condições SWR - um estado onde a propagação de feixes difratados emerge quase paralelo à superfície do cristal.

Para construir uma base teórica robusta (para esclarecer a base teórica), os pesquisadores usaram a teoria dinâmica LEED (mais sofisticada) para interpretar os resultados experimentais e revelaram claramente o SWR conforme observado na curva IV. A dependência da temperatura medida em uma ampla faixa de temperatura permitiu uma comparação mais quantitativa com a teoria convencional de campos moleculares.

Este estudo não apenas consegue reafirmar dados experimentais anteriores sobre estrutura de rotação superficial e propriedades magnéticas, mas também fornece pela primeira vez um espectro IV de um feixe de meia ordem, as condições de SWR e a dependência da temperatura em uma ampla faixa de temperatura.

"Ao contrário dos materiais ferromagnéticos que exibem magnetismo, os materiais AF, que não exibem propriedades magnéticas conforme indicado pelo seu arranjo de spin, têm sido considerados 'materiais inutilizáveis'. No entanto, estão agora a renascer. Esta frase é frequentemente usada agora, e o termo, materiais inutilizáveis ​​foram derivados da palestra do Prêmio Nobel de Néel (1970)", dizem os pesquisadores quando questionados sobre a motivação por trás da revisitação dos experimentos NiO LEED.

"Além disso, esta pesquisa está no auge de um tema de pesquisa clássico e novo que começou na década de 1970 por meio de uma comunicação pessoal do ganhador do Nobel Prof. N.F. Mott é conhecido por avanços na pesquisa de isoladores Mott, como o NiO, conforme observado no referência."

Eles comentaram ainda:“Esta pesquisa é especializada, com foco em aspectos acadêmicos e fundamentais, e não se destina ao público, mas pode ajudar a elucidar as propriedades físicas e químicas de materiais antiferromagnéticos promissores”.

Mais informações: Masamitus Hoshino et al, Espalhamento de troca de spin coerente de elétrons de baixa energia por íons Ni2+ em cristal antiferromagnético NiO sob ressonância de ondas de superfície:resultados experimentais e teóricos revisitados, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00773-8
Informações do diário: Revista Física Europeia D

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