Spintronika, dar žinoma magnetoelektronikos pavadinimu, gali ateityje pakeisti elektroniką kompiuterių atmintyse. Mechanizmo, kuris sukuria pastovų magnetizmą kambario temperatūroje be išorinio poveikio, atradimas gali greitai būti pritaikytas spintroniniuose įrenginiuose.
Spintronika, dar žinoma magnetoelektronikos pavadinimu, gali ateityje pakeisti elektroniką kompiuterių atmintyse. Mechanizmo, kuris sukuria pastovų magnetizmą kambario temperatūroje be išorinio poveikio, atradimas gali greitai būti pritaikytas spintroniniuose įrenginiuose. Japonų mokslininkai Takumis Otsukis (Takumi Ohtsuki) iš RIKEN SPring-8 centro su kolegomis padarė atradimą medžiagų klasėje, vadinamoje priemaišiniais (angl. dilute) feromagnetiniais oksidais.
Feromagnetizmu vadinamas mechanizmas, kuris yra atsakingas už kai kurių medžiagų magentizmą nesant išoriniam poveikiui. Feromagnetuose daugelio elektronų sukiniai išsidėsto lygiagrečiai, tačiau šio reiškinio priežastis nėra visados aiški. Priemaišiniai feromagnetiniai oksidai yra oksidinės medžiagos, legiruotos nedideliu kiekiu pereinamųjų metalų atomų. Gaunamos medžiagos, kurios sujungia magentinėmis savybėmis pasižyminčias medžiagas su naudojamomis elektronikoje. Svarbiausia, kad, skirtingai nei feromagnetiniai puslaidininkiai, priemaišiniai feromagnetiniai oksidai išlieka feromagnetinėje būsenoje ir kambario temperatūroje.
Kai kurios medžiagos turi feromagnetinių sudedamųjų dalių, tačiau nepasižymi magnetinėmis savybėmis. Tačiau kai kurie feromagnetai turi medžiagų, kurios atskirai nėra magnetai. Pilnas tokios problemos supratimas yra svarbus kuriant efektyvius spintroninius prietaisus. Tam reikia nustatyti, kurie elektronai ar kitos rūšies krūvininkai medžiagoje yra atsakingi už feromagnetines savybes. Norėdami rasti atsakymą į šį klausimą priemaišiniuose feromagnetiniuose oksiduose, Otsukis kartu su bendradarbiais ištyrė vieną plačiai naudojamą medžiagą – titano oksidą legiruotą kobaltu (Co:TiO2). „Buvo pasiūlyta keletą mechanizmų, aiškinančių feromagnetizmo prigimtį kobaltu legiruotame titano okside, tačiau vienareikšmių išvadų nebuvo gauta“, – paaiškino Otsukis.
Schematiškai pavaizduota kobaltu legiruotas titano oksidas. Feromagnetizmas medžiagoje atsiranda dėl titano 3d elektronų (žalia spalva) judėjimo, kurio metu išlygiuojami kobalto atomų (rožinė spalva) sukiniai viena kryptimi. Mėlynos ir rudos spalvos rutuliukai atitinka titano ir deguonies atomus
Savo tyrime mokslininkai naudojo galingą medžiagos savybes tiriančią techniką, žinomą Rentgeno fotoemisinės spektroskopijos pavadinimu. Rentgeno spindulių pluošteliu sužadinami nagrinėjamos medžiagos elektronai. „Sužadintų elektronų skaičius, palygintas su elektronų kinetine energija, suteikia tikslią informaciją apie medžiagos atominę sandarą bei elektronines būsenas“, – paaiškino Otsukis.
Otsukis su savo grupe nustatė, kad už medžiagos feromagnetines savybes atsakingi titano jonų trečio sluoksnio elektronai – taip vadinami 3d elektronai. Mokslininkai niekada anksčiau nemanė, kad toks mechanizmas gali būti feromgnetizmo priežastimi. Titano 3d elektronai, keliaudami medžiaga, išlygiuoja kobalto atomo sukinius.
Mokslininkų atradimas padidina galimybę, kad priemaišiniai feromagnetiniai oksidai bus panaudoti spintroniniuose prietaisuose. „Mūsų tyrimo duomenys įrodė, kad magnetizmas ir laidumas yra susiję kobaltu legiruoto titano oksido plėvelėse, – pabrėžė Otsukis. – Tai sudaro sąlygas juos naudoti magnetinėje laisvosios kreipties atmintyje (angl. magnetic random access memory – MRAM) ar sukininiuose tranzistoriuose.“
