About / Advertise
Experiment vid amerikanska energimyndighetens Brookhavenlaboratorium kastar nytt ljus på vissa materials förmåga att dramatiskt ändra sitt elektriska motstånd om de utsätts för ett yttre magnetiskt eller elektriskt fält, så kallad kolossal magnetoresistans. Kunskaperna öppnar för nya tillämpningar inom elektronik och spinntronik.
Forskare vid Brookhavenlabbet i USA har upptäckt att när ett yttre magnetfält eller elektriskt fält läggs på vissa material så skjuvas kristallgittret kring en laddningsbärare som förflyttar sig genom materialet. De gjorde sin upptäckt när de med diverse elektronmikroskoptekniker undersökte ett kristallint perovskitmineral som dopats med extra laddningsbärare – elektroner eller elektronhål.
I ett experiment använde forskarna ett sveptunnelmikroskop byggt inuti ett elektronmikroskop. På så vis kunde de lägga på ett elektriskt fält på provet och samtidigt observera vilken respons det gav på atomskalan.
Det var så forskarna kunde se att små elektriska pulser både kan förvrida formen hos kristallgittret, och ändra sättet på hur laddningar färdas genom kristallen. Förvridningen av gittret följde laddningsbäraren genom kristallen, och gav upphov till en partikel-lik excitering, kallad en polaron.
– Man kan föreställa sig polaroner som laddningsbärare omgivna av gittervibrationer, förklarar säger Brookhavenfysikern Yimei Zhu, en av författarna till studien som publiceras imorgon i den amerikanska forskningstidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, till physorg.com.
Gruppen observerade hur polaroner smälte och omordnade sig som svar på den ström som lades på, något forskarna identifierat som en nyckelmekanism för kolossal mangetoresistans.
– Vi visar att när polaronerna är statiskt ordnade genom kristallen så representerar det en ny sorts laddning. Det är gitterstörningarna som kopplar detta fenomen till de kolossala resistanseffekterna, och det ger idéer om hur man kan modifiera laddningsdensitet och samverkan mellan elektroner nära elektriska gränssnitt, som elektroder, säger Zhu.
Små förändringar i motstånd används bland annat i elektronik och spinntronik, som exempelvis ickeflyktiga dataminnen som RRAM. Och kolossala resistanseffekter kan bidra till miniatyrisering av kretsar som arbetar vid låg spänning. Att förstå och tillämpa extremt stora förändringar i motstånd, öppnar möjligheter för nya tekniker för datalagring, med större kapacitet och minskad energiåtgång.
