In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in Fortgeschrittene WissenschaftForscher des Paul-Drude-Instituts in Berlin und der Xiamen-Universität in Xiamen, China, haben gezeigt, dass ferrimagnetisches NiCo2O4 (NCO) stellt eine Lösung für die langfristige Herausforderung dar, Materialien mit einer robusten Out-of-Plane-Magnetisierung zu finden.
Darüber hinaus haben sie gezeigt, dass die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von NCO in weiten Bereichen maßgeschneidert werden können. Das Forschungsteam klärte auch den Ursprung eines ungewöhnlichen grundlegenden Magnetotransportphänomens. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für neuartige spintronische Anwendungen und bieten Lösungen für zukünftige Speicher mit hoher Dichte, die über aktuelle Designs hinausgehen.
Mit dem Ziel, neuartige magnetische Oxide für die zukünftige Spintronik zu entwickeln und ihre grundlegenden Eigenschaften zu verstehen, hat Lv. et al. zeigte, dass NiCo2O4 zeichnet sich aufgrund seiner robusten Out-of-Plane-Magnetisierung und flexiblen Abstimmbarkeit als vielversprechendes spintronisches Material aus. Infolgedessen ebnet die Verwendung von NCO den Weg für neuartige ferrimagnetische Spintronikkonzepte und hochdichte Speicher der nächsten Generation, die über die kürzlich veröffentlichten Konzepte auf Basis antiferromagnetischer Materialien hinausgehen.
Die Identifizierung magnetischer Materialien mit einer robusten senkrechten (außerhalb der Ebene liegenden) magnetischen Anisotropie (PMA) ist für die heutige Spintronik von entscheidender Bedeutung, da zur Realisierung von PMA in hochdichten Speichern üblicherweise Übergitterstrukturen mit ultradünnen Einzelschichten verwendet werden. Materialien mit einem robusten PMA in relativ dicken Filmen stellen bei der Geräteherstellung eine deutlich geringere Herausforderung dar und sind daher kostengünstiger.
Das Studium von Lv. et al. zeigt, dass neben dem PMA auch die gesamten Transport- und magnetischen Eigenschaften von NCO-Filmen in großen Bereichen angepasst werden können, abhängig von den relativen Konzentrationen von Ni-Kationen in verschiedenen Valenzzuständen (Ni).2+ vs. Ni3+). Tatsächlich wurde festgestellt, dass die Materialeigenschaften von NCO-Filmen entscheidend von der elektrischen Leitfähigkeit abhängen, die zwischen isolierendem und metallischem Verhalten eingestellt werden kann.
Aus grundsätzlicher Sicht ist Lv. et al. enthüllen den Ursprung der ungewöhnlichen Vorzeichenumkehr beim anomalen Hall-Effekt (AHE) als Folge eines Wettbewerbs zwischen verschiedenen zugrunde liegenden Mechanismen. Tatsächlich zeigen die Autoren, dass das Vorzeichen des AHE in NCO-Filmen unabhängig von ihrer Dicke angepasst werden kann, was für andere einphasige Materialien noch nie berichtet wurde.
Die Studie zeigte auch zum ersten Mal einen Beitrag der Schrägstreuung in einem Material mit geringer Leitfähigkeit (~ 102 Ω).-1cm-1). Bisher wurde ein solcher Beitrag zum AHE nur für superreine Metalle mit hoher Leitfähigkeit (~ 106 Ω) berichtet-1cm-1). In diesem Zusammenhang stellen NCO-Filme eine neue Plattform zur Untersuchung und Manipulation des Quantentransports in magnetischen Materialien dar.
Basierend sowohl auf den zusätzlichen Erkenntnissen über Magnetotransportphänomene als auch auf den einstellbaren magnetischen Eigenschaften ist ferromagnetisches NCO vielversprechend für die zukünftige Forschung. Diese Arbeit ist daher von großem Interesse für die Grundlagenforschung, den Entwurf neuartiger spintronischer Anwendungen sowie die industrielle Entwicklung von hochdichten Speichern.