Onderzoek naar domeinmuren in magnetische nanodraden

Het is bekend dat muren van magnetische domeinen een bron van elektrische weerstand zijn vanwege de moeilijkheid voor transportelektronenspins om hun magnetische textuur te volgen. Dit fenomeen biedt potentieel voor gebruik in spintronische apparaten, waar de elektrische weerstand kan variëren op basis van de aanwezigheid of afwezigheid van een domeinmuur.

Een bijzonder intrigerende materiaalklasse zijn halfmetalen zoals La_2/3sr_1/3MnO₃ (LSMO) die volledige spinpolarisatie vertonen, waardoor ze kunnen worden gebruikt in spintronische apparaten. Toch bleef de weerstand van een enkele domeinmuur in halve metalen onbekend. Nu heeft een team uit Spanje, Frankrijk en Duitsland een enkele domeinmuur op een LSMO-nanodraad gegenereerd en weerstandsveranderingen gemeten die 20 keer groter zijn dan voor een normale ferromagneet zoals kobalt.

De magnetische domeintextuur die inherent is aan magnetische domeinmuren biedt potentieel voor spintronische toepassingen. De elektrische weerstand in ferromagneten is afhankelijk van het al dan niet aanwezig zijn van domeinmuren. Dit binaire effect (bekend als magnetoweerstand van de domeinmuur) zou kunnen worden gebruikt om informatie in spintronische geheugenapparaten te coderen.

Toch wordt hun exploitatie belemmerd door de kleine weerstandsveranderingen die worden waargenomen bij normale ferromagneten. Van bijzonder belang zijn manganiet perovskieten zoals LSMO. Deze verbindingen vertonen slechts één type spin (volledige spinpolarisatie), wat mogelijk zou kunnen leiden tot magnetoweerstandseffecten op de domeinwand die groot genoeg zijn om te worden benut in een nieuwe generatie spintronische sensoren en injectoren.

Ondanks dit veelbelovende perspectief bestaan ​​er grote verschillen in de gerapporteerde waarden van de magnetoweerstand van de domeinwand voor dit systeem. De wetenschappers uit Spanje, Frankrijk en Duitsland hebben op nanodraden gebaseerde apparaten gefabriceerd die de nucleatie van individuele magnetische domeinmuren mogelijk maken. Magnetotransportmetingen in deze apparaten laten zien dat de aanwezigheid van een domeinwand leidt tot een verhoging van de elektrische weerstand tot wel 12%. In absolute termen is de waargenomen weerstandsverandering 20 keer groter dan die gerapporteerd voor kobalt.

Dit werk is het resultaat van een langdurige samenwerking waarbij filmgroei en nanofabricage, transportmetingen, contactmicroscopie (MFM)-beeldvorming, theoretische simulaties en het gebruik van geavanceerde karakteriseringstechnieken zoals röntgenfoto-emissie-elektronenmicroscopie betrokken zijn. De combinatie van een grote verscheidenheid aan verschillende technieken biedt een veelomvattend, veelzijdig beeld van een complex probleem, waardoor nieuwe inzichten in een veelbesproken open vraag zijn ontstaan.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen.