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Maßgeschneidertes elektronisches Material durch Stauchen und Ziehen

24.09.2020

Diese Meldung ist Teil einer wöchentlichen Zusammenfassung für den APA-Science-Newsletter Nr. 34/2020 und nicht zwingend tagesaktuell

Durch Stauchen und Ziehen auf der Ebene der Atome konnte ein internationales Forscherteam Eigenschaften eines Materials maßschneidern. Wie sie im Fachjournal "Pnas" berichten, haben sie so in Experimenten die magnetischen und elektronischen Eigenschaften von Strontium-Iridium-Oxid (Sr2IrO4) gezielt und sehr fein eingestellt. Das könnte für zukünftige magnetische Datenspeicher interessant sein.

Für solche Datenspeicher werden Materialien mit Eigenschaften gesucht, die sich möglichst wunschgemäß justieren lassen. Ein aussichtsreicher Kandidat hierfür ist das Metalloxid Strontium-Iridium-Oxid, dem sich die Arbeit von Wissenschaftern des Schweizer Paul Scherrer Instituts (PSI) widmet, an der auch Ekaterina Pärschke vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) maßgeblich beteiligt war.

"Spintronik" nutzt nicht nur Ladung, sondern auch Drehsinn

Im Mittelpunkt des Interesses steht dabei die sogenannte "Spintronik". Dabei nutzt man nicht nur die elektrische Ladung des Elektrons, sondern auch seinen inneren Drehsinn (Spin). Angewendet wird dies bereits heute in Festplatten, wobei dabei Ferromagnete wie Eisen oder Nickel eingesetzt werden. Bei diesen sind die Spins parallel zueinander ausgerichtet. Daher müssen die Datenspeicherpunkte, also Bits, relativ weit auseinanderliegen, um sich nicht gegenseitig zu stören.

Aus diesem Grund hofft man auf sogenannte antiferromagnetische Materialien, bei denen die Spins in entgegengesetzte Richtungen weisen. Weil ein antiferromagnetisches Bit seine Nachbarn nicht stören würde, ließen sich diese enger packen und damit mehr Daten auf dem gleichen Raum speichern. Außerdem könnte man diese Daten schneller ein- und auslesen, so Thorsten Schmitt, Leiter der PSI-Forschungsgruppe für Spektroskopie neuartiger Materialien in einer Aussendung.

Funktionale Eigenschaften gezielt manipuliert

Strontium-Iridium-Oxid ist ein solches antiferromagnetisches Material. In dem Kristall bilden Iridium- und Sauerstoff-Atome winzige Oktaeder. Die Forscher bezeichnen dies als "Perowskit-Struktur", die sich ideal dazu eignet, um funktionale Eigenschaften gezielt zu manipulieren. Um dies zu tun, wurde eine dünne, Sr2IrO4-Schicht auf verschiedene kristalline Trägermaterialien aufgebracht. Das Trägermaterial sorgt dafür, dass die Kristallstruktur des Sr2IrO4 verzerrt wird.

"Es ist, als ob wir unser Material auf der Ebene der Atome ziehen oder zusammendrücken würden", erklärt Schmitt. In der Folge verdrehen und verschieben sich die Perowskit-Oktaeder leicht gegeneinander, was schließlich dazu führt, dass sich die Eigenschaften des Materials als Ganzes verändern. So lassen sich die magnetischen und elektronischen Eigenschaften des Materials gezielt und besonders fein einstellen. Diese Erkenntnisse könnten in Zukunft zu neuen Anwendungen in der Datenspeicherung führen, betonen die Wissenschafter.

Service: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2012043117

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