Un nuevo descubrimiento experimental, dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota, demuestra que el elemento químico rutenio Ru es el cuarto elemento individual que tiene propiedades magnéticas únicas a temperatura ambiente. El descubrimiento podría usarse para mejorar sensores, dispositivos enla industria de la memoria y la lógica de las computadoras, u otros dispositivos que utilizan materiales magnéticos.
El uso del ferromagnetismo, o el mecanismo básico por el cual ciertos materiales como el hierro forman imanes permanentes o son atraídos por los imanes, se remonta a la antigüedad cuando se usaba la piedra imán para la navegación. Desde entonces, solo tres elementos en elSe ha descubierto que la tabla periódica es ferromagnética a temperatura ambiente: hierro Fe, cobalto Co y níquel Ni. El elemento de tierras raras gadolinio Gd casi pierde solo 8 grados Celsius.
Los materiales magnéticos son muy importantes en la industria y la tecnología moderna y se han utilizado para estudios fundamentales y en muchas aplicaciones cotidianas, como sensores, motores eléctricos, generadores, discos duros y, más recientemente, memorias espintrónicas. A medida que el crecimiento de la película delgada ha mejorado enEn las últimas décadas, también lo ha hecho la capacidad de controlar la estructura de las redes cristalinas, o incluso las estructuras de fuerza que son imposibles en la naturaleza. Este nuevo estudio demuestra que Ru puede ser el cuarto material ferromagnético de un solo elemento mediante el uso de películas ultrafinas para forzarla fase ferromagnética.
Los detalles de su trabajo se publican en el número más reciente de Comunicaciones de la naturaleza . El autor principal del artículo es Patrick Quarterman, un recién graduado de doctorado de la Universidad de Minnesota, quien es becario postdoctoral del Consejo Nacional de Investigación NRC en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST.
"El magnetismo siempre es asombroso. Se demuestra de nuevo. Estamos emocionados y agradecidos de ser el primer grupo en demostrar experimentalmente y agregar el cuarto elemento ferromagnético a temperatura ambiente a la tabla periódica", dijo el profesor Robert F. Hartmann de la Universidad de Minnesota.de ingeniería eléctrica e informática Jian-Ping Wang, autor correspondiente del artículo y asesor de Quarterman.
"Este es un problema emocionante pero difícil. Nos tomó alrededor de dos años encontrar la manera correcta de hacer crecer este material y validarlo. Este trabajo impulsará a la comunidad de investigación magnética a investigar los aspectos fundamentales del magnetismo para muchos elementos conocidos", Agregó Wang.
Otros miembros del equipo también destacaron la importancia de este trabajo.
"La capacidad de manipular y caracterizar la materia a escala atómica es la piedra angular de la tecnología de la información moderna", dijo el coautor del estudio Paul Voyles, profesor de Beckwith-Bascom y presidente del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad deWisconsin-Madison. "Nuestra colaboración con el grupo del profesor Wang de la Universidad de Minnesota muestra que estas herramientas pueden encontrar cosas nuevas incluso en los sistemas más simples, que constan de un solo elemento".
Los socios de la industria están de acuerdo en que la colaboración es clave para la innovación
"Intel está satisfecho con la colaboración de investigación a largo plazo que tiene con la Universidad de Minnesota y C-SPIN [Centro de Materiales Spintronic, Interfaces y Arquitecturas Novedosas], dijo Ian A. Young, Senior Fellow y Director de Intel Corporation. "Estamos entusiasmados de compartir estos desarrollos que se posibilitaron al explorar el comportamiento de los efectos cuánticos en los materiales, lo que puede proporcionar información para dispositivos de memoria y lógica innovadores de eficiencia energética". Otros líderes de la industria coinciden en que este descubrimiento tendrá un impacto en la industria de los semiconductores.
"Los dispositivos espintrónicos son cada vez más importantes para la industria de los semiconductores", dijo Todd Younkin, director de los consorcios patrocinados por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA en Semiconductor Research Corporation SRC. "Avances fundamentales en nuestra comprensión de la tecnología magnéticamateriales, como los demostrados en este estudio por el profesor Wang y su equipo, son fundamentales para lograr avances continuos en el rendimiento y la eficiencia informática ".
Las nuevas tecnologías requieren nuevos materiales
La grabación magnética sigue siendo el actor dominante en la tecnología de almacenamiento de datos, pero la memoria de acceso aleatorio y la informática magnética están comenzando a ocupar su lugar. Estas memorias magnéticas y dispositivos lógicos imponen restricciones adicionales a los materiales magnéticos, donde los datos se almacenan y calculan, en comparación con los materiales magnéticos tradicionales de disco duro. Este impulso por materiales novedosos ha llevado a un renovado interés en los intentos de realizar predicciones que muestran que, en las condiciones adecuadas, los materiales no ferromagnéticos, como Ru, paladio Pd y osmio Os puede volverse ferromagnético.
Sobre la base de las predicciones teóricas establecidas, los investigadores de la Universidad de Minnesota utilizaron la ingeniería de la capa de semillas para forzar la fase tetragonal de Ru, que prefiere tener una configuración hexagonal, y observaron la primera instancia de ferromagnetismo en un solo elemento a temperatura ambiente.La estructura cristalina y las propiedades magnéticas se caracterizaron ampliamente mediante la colaboración con el Centro de Caracterización de la Universidad de Minnesota y colegas de la Universidad de Wisconsin.
Los investigadores dijeron que este estudio abre la puerta a estudios fundamentales de este nuevo Ru ferromagnético. Desde una perspectiva de aplicación, Ru es interesante porque es resistente a la oxidación, y las predicciones teóricas adicionales afirman que tiene una alta estabilidad térmica, un requisito vitalpara escalar las memorias magnéticas. El examen de esta alta estabilidad térmica es el foco de la investigación en curso en la Universidad de Minnesota.
Además de Quarterman, Wang y Voyles, los investigadores involucrados en este estudio incluyen a Javier García-Barriocanal de la Instalación de Caracterización de la Universidad de Minnesota; Yang Lv del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Minnesota; Mahendra DC de la Universidad deEscuela de Física y Astronomía de Minnesota; Sasikanth Manipatruni, Demitri Nikonov e Ian Yang de Intel Components Research; y Congi Sun del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Wisconsin.
Esta investigación fue financiada por el Center for Spintronic Materials, Interfaces and Novel Architectures C-SPIN de la Universidad de Minnesota, la Beca de Doctorado Distinguido de la Universidad de Minnesota y la National Science Foundation NSF a través de Materiales financiados por NSFCentro de Investigación en Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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