Fig.1 Resumo da pesquisa:Um filme ultrafino de magnetita de alta qualidade foi fabricado em uma superfície cristalina perfeita do substrato de crescimento, que foi tratado por nossa técnica original de polimento de alta precisão. Ao reduzir o número de defeitos no substrato, as excelentes propriedades de transição inerentes à magnetita podem ser alcançadas. Crédito:Ai I. Osaka et al.
De aplicações práticas, como comunicações seguras, a questões científicas complexas, como o funcionamento do cérebro, a computação clássica nem sempre está à altura da tarefa. Agora, pesquisadores do Japão fizeram uma descoberta que melhorará a tecnologia eletrônica para essas aplicações avançadas.
Em um estudo publicado recentemente em
ACS Applied Nano Materials , pesquisadores da Universidade de Osaka e parceiros de colaboração prepararam um filme ultrafino de magnetita que até agora não havia sido suficientemente encomendado para atingir todo o seu potencial.
Spintronics é uma versão avançada da eletrônica que usa tanto a carga quanto o spin do elétron para transferência e armazenamento de energia. A magnetita – um mineral comum de óxido de ferro – pode ser útil para a tecnologia spintrônica devido às suas propriedades físicas fascinantes. Por exemplo, um pequeno estímulo pode mudar rapidamente a funcionalidade do filme de magnetita de um metal para um isolante. Tais funcionalidades dependem criticamente da cristalinidade da magnetita. Especialmente para filmes ultrafinos usados em aplicações de dispositivos, é difícil fabricar magnetita com alta cristalinidade devido à imperfeição da superfície do substrato, que é a base do filme fino. No entanto, é difícil preparar uma superfície atomicamente ordenada e extremamente plana sobre um substrato inteiro. Superar esse desafio melhorando as técnicas convencionais de polimento químico é algo que os pesquisadores da Universidade de Osaka pretendiam abordar.
Fig.3 Propriedades de transição de um filme ultrafino de magnetita de alta qualidade. Uma mudança clara na resistividade foi observada. Crédito:Ai I. Osaka et al.
“A uniformidade e as propriedades dos filmes finos dependem da perfeição do substrato subjacente”, explica o principal autor do estudo Ai Osaka. "As tecnologias convencionais para preparar os substratos de cristal único sacrificam a cristalinidade para otimizar a planicidade, mas isso limita o desempenho do filme de magnetita sobreposto."
Os pesquisadores usaram uma técnica de polimento químico – conhecida por sua sigla CARE – para preparar um substrato de óxido de magnésio atomicamente plano e altamente ordenado. A magnetita depositada neste substrato ultra-suave exibe cristalinidade e propriedades condutivas superiores, em comparação com a depositada em um substrato convencional.
Fig.2 Um esquema de nossa técnica de polimento original, CARE. A remoção seletiva de átomos do casco convexo leva a uma superfície atomicamente plana. Crédito:Ai I. Osaka et al.
"O tratamento CARE do substrato permitiu que o filme fino sofresse uma mudança de resistividade dependente da temperatura - conhecida como transição de Verwey - de um fator de 5,9", diz o autor sênior Azusa Hattori. "Isso é sem precedentes em grandes áreas, mas essencial para a implementação."
Esses resultados têm aplicações importantes. As tecnologias de computação quântica propostas podem contar com spintrônica para otimizar problemas logísticos, bioquímicos e de criptografia que derrotam a computação clássica. Os pesquisadores da Universidade de Osaka deram um passo importante para permitir que a magnetita sirva como material de base para spintrônica e outros eletrônicos avançados, que transformarão a vida e o trabalho nas próximas décadas.
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