In een artikel dat onlangs is gepubliceerd in Geavanceerde wetenschaphebben onderzoekers van het Paul Drude Instituut in Berlijn, Duitsland, en de Xiamen Universiteit, Xiamen, China aangetoond dat ferrimagnetisch NiCo2O4 (NCO) vormt een oplossing voor de langetermijnuitdaging van het vinden van materialen met een robuuste magnetisatie buiten het vlak.
Bovendien hebben ze aangetoond dat de elektrische en magnetische eigenschappen van NCO binnen een groot bereik kunnen worden aangepast. Het onderzoeksteam heeft ook de oorsprong van een ongebruikelijk fundamenteel magnetotransportfenomeen opgelost. Deze bevindingen maken de weg vrij voor nieuwe spintronische toepassingen en bieden oplossingen voor toekomstige geheugens met hoge dichtheid die verder gaan dan de huidige ontwerpen.
Met als doel nieuwe magnetische oxiden voor toekomstige spintronica te ontwikkelen en hun fundamentele eigenschappen te begrijpen, heeft Lv. et al. heeft aangetoond dat NiCo2O4 onderscheidt zich als een veelbelovend spintronisch materiaal vanwege zijn robuuste magnetisatie buiten het vlak en flexibele afstembaarheid. Als gevolg hiervan maakt het gebruik van NCO de weg vrij voor nieuwe ferrimagnetische spintronische concepten en geheugens met hoge dichtheid van de volgende generatie die verder gaan dan de recentelijk gerapporteerde concepten op basis van antiferromagnetische materialen.
De identificatie van magnetische materialen met een robuuste loodrechte (buiten het vlak) magnetische anisotropie (PMA) is cruciaal voor de hedendaagse spintronica, aangezien superroosterstructuren met ultradunne individuele lagen meestal worden gebruikt om PMA te realiseren in geheugens met hoge dichtheid. Materialen met een robuuste PMA in relatief dikke films zijn veel minder uitdagend voor de fabricage van apparaten en dus kosteneffectiever.
De studie van Lv. et al. onthult dat naast de PMA, de volledige transport- en magnetische eigenschappen van NCO-films in grote bereiken kunnen worden aangepast, afhankelijk van de relatieve concentraties van Ni-kationen in verschillende valentietoestanden (Ni2+ versus Ni3+). In feite blijken de materiaaleigenschappen van NCO-films cruciaal af te hangen van de elektrische geleidbaarheid die kan worden aangepast tussen isolerend en metallisch gedrag.
Vanuit fundamenteel oogpunt gezien is Lv. et al. onthullen de oorsprong van de ongebruikelijke tekenomkering in het abnormale Hall-effect (AHE) als gevolg van een competitie tussen verschillende onderliggende mechanismen. In feite tonen de auteurs aan dat het teken van de AHE haalbaar kan worden afgestemd in NCO-films, onafhankelijk van hun dikte, wat nooit is gerapporteerd voor andere eenfasige materialen.
Het onderzoek onthulde ook voor het eerst een bijdrage van scheve verstrooiing in een materiaal met een lage geleidbaarheid (~ 102 Ω-1cm-1). Eerder werd een dergelijke bijdrage aan de AHE alleen gerapporteerd voor superschone metalen met hoge geleidbaarheid (~ 106 Ω-1cm-1). In deze context vormen NCO-films een nieuw platform om het kwantumtransport in magnetische materialen te onderzoeken en te manipuleren.
Gebaseerd op zowel de aanvullende kennis over magnetotransportfenomenen als de afstembare magnetische eigenschappen, is ferromagnetische NCO veelbelovend voor toekomstig onderzoek. Dit werk is daarom van breed belang voor fundamenteel onderzoek, het ontwerp van nieuwe spintronische toepassingen en de industriële ontwikkeling van herinneringen met hoge dichtheid.