Material yang Ditemukan di Meteorit Menandakan Kemungkinan Baru untuk Komputasi Spintronik

Material yang Ditemukan di Meteorit Menandakan Kemungkinan Baru untuk Komputasi Spintronik

Eksperimen neutron dan sinar-X menerangi transisi magnetik dalam besi sulfida heksagonal yang mengubahnya dari konduktor menjadi isolator.

Ilmu

Besi sulfida heksagonal adalah jenis multiferroik – bahan serbaguna dengan kopling magnet dan feroelektrik. Multiferroics jarang terjadi tetapi berguna untuk berbagai aplikasi perangkat baru. Penggunaan gabungan hamburan neutron dan sinar-X, ditambah dengan pemodelan komputasi, mengungkapkan bahwa urutan spin magnetik pada atom besi setelah pendinginan mendestabilkan getaran atom (mode H1 dan K5 dalam gambar). Hal ini pada gilirannya menyebabkan distorsi struktural dan pembukaan celah pita, menyebabkan transisi dari fase konduksi ke fase isolasi.

Benturan

Penemuan ini memberikan rute baru untuk merancang material dengan perilaku listrik dan magnet yang dapat disesuaikan untuk aplikasi potensial dalam penyimpanan informasi dan komputasi spintronik.

Ringkasan

Memahami interaksi spin, fonon, dan derajat kebebasan muatan sangat penting untuk mengendalikan beragam material kuantum. Besi sulfida heksagonal (h-FeS) adalah material yang menarik dengan transisi magnetik, struktural, dan logam-isolator yang berdampingan dalam stoikiometri sederhana, serta penggandengan magnetoelektrik yang diusulkan. Ini menawarkan sistem model yang sempurna untuk mempelajari perilaku material yang muncul seperti transisi isolator-logamnya. Penelitian ini mengeksplorasi mekanisme mikroskopis untuk transisi ini dengan menggunakan kombinasi eksperimen hamburan neutron dan sinar-X pada Sumber Neutron Spallation dan Sumber Foton Lanjutan. Analisis hasil eksperimen, dikombinasikan dengan simulasi komputer, menetapkan bahwa urutan putaran magnet pada atom Fe setelah pendinginan mendestabilkan getaran atom. Getaran kisi anharmonik yang kuat, yaitu, getaran yang menunjukkan gerakan non-periodik, terkait dengan mode fonon yang tidak stabil dikendalikan oleh urutan magnetis spin, dan pada gilirannya memberikan sarana untuk distorsi struktural yang menyesuaikan celah pita. Jadi, kopling spin-phonon dan elektron-phonon adalah kunci untuk mengaktifkan urutan transisi fasa dalam h-FeS. Pemahaman baru tentang putaran magnet atom Fe dan getaran atom pada kisi kristal memberikan jalan baru untuk merancang material dengan sifat magnetoelektrik yang dapat dikontrol untuk perangkat pemrosesan dan penyimpanan informasi di masa mendatang.

Pendanaan

Pekerjaan ini didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi (DOE) AS, Kantor Ilmu Energi Dasar, Ilmu Material dan Divisi Teknik, di bawah penghargaan Program Penelitian Karir Awal. Sintesis sampel didukung oleh National Science Foundation. Sumber Neutron Spallation dan Reaktor Isotop Fluks Tinggi di Laboratorium Nasional Oak Ridge DOE dan Sumber Foton Tingkat Lanjut di Laboratorium Nasional Argonne adalah fasilitas pengguna Kantor Sains DOE. Perhitungan teoritis dilakukan dengan menggunakan sumber daya dari National Energy Research Scientific Computing Center, fasilitas pengguna Kantor Ilmu Pengetahuan US DOE di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley, DOE.