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新合金创磁化密度极值

2018-03-07 10:03:13 来源:中国科学报

  新兴的自旋电子学领域利用电子自旋延长电池寿命,从而增强诸如硬盘驱动器、手机组件等固态设备的性能。不过,自旋电子学的发展正在遭遇被称为斯莱特—鲍林极限的阻碍。斯莱特—鲍林极限是指一种材料所能包含的磁化强度的最大值。如今,一种新的薄膜有望突破这个持续了几十年的基准。

  近日,一个由美国蒙大拿州立大学和劳伦斯伯克利国家实验室研究人员组成的团队在美国物理联合会(AIP)出版集团所属《应用物理快报》上宣布,他们构建了一种由铁、钴、锰制备的稳定薄膜。和斯莱特—鲍林极限相比,其能使平均原子磁矩提高50%。这种体心立方三元合金由一种被称为分子束外延(MBE)的技术制成,磁化密度达到3.25玻尔磁子/原子,击败了此前被认为的最大值2.45。

  “我们在磁性材料最重要的一个参数上获得了潜在突破。”来自蒙大拿州立大学的论文作者之一Yves Idzerda介绍说,“大的磁矩就像钢铁的强度一样,越大越好。”

  斯莱特—鲍林曲线描述了合金的磁化密度。几十年来,铁—钴二元合金占据主导地位,实现了平均原子磁矩的最大值——2.45玻尔磁子/原子,并且定义了稳定合金磁化密度目前的极限值。此前,研究人员将铁钴合金和像锰一样的高磁矩过渡金属混合。不过,当这些三元合金被制成时,它们丧失了大部分体心立方结构,而后者是高磁性的关键组成部分。

  此次研究人员利用MBE—— 一种与将单个金属原子串成的珠子一层层滴在基片上类似的精细技术,创建了10~20纳米厚的薄膜。约60%的薄膜有效成分保持了体心立方结构,而在单独状态下这一比例仅为25%。

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