Synchrotron-stråling med høj brimodelius hjælper med at identificere den bedste sammensætning til halvmetallegeringer

Halvmetaler er unikke magnetiske forbindelser, der har tiltrukket interesse for udviklingen af ​​masseopbevaringsteknologier. Nogle af materialerne i familien af ​​Heusler-legeringer blev forudsagt at have en halv metallisk karakter, men deres halvmetalliske elektroniske struktur varierer med deres sammensætningsforhold og atomordnet struktur.

En egenskab, spin-polarisering, er grundlæggende for materialets halvmetalliske egenskaber. Spin -polariseringsforhold er en fysisk egenskab, der angiver, hvor polariseret antallet af elektroner med spin i op- og ned -retningen er.

Da spin -polarisering er påvirket af den elementære sammensætning af heuslerlegeringen, er det vigtigt at karakterisere og optimere atomsammensætningen af ​​heuslerlegeringer for at opnå den højeste spin -polarisering. Men de nuværende metoder til bestemmelse af spin-polarisering af halvmetaler er enten tidskrævende eller kun giver en indirekte foranstaltning.

Et team af forskere fra Japan, ledet af professor Yuya Sakuraba fra National Institute for Materials Science i Tsukuba, har udviklet en metode til hurtigt at bestemme spin-polariseringen af ​​Heusler-legeringer ved hjælp af synkronstråling med høj brimarians.

Med denne tilgang var de i stand til hurtigt at identificere den ideelle sammensætning af elementer for at opnå den højeste spin -polarisering. Deres fund er blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer.

Den pågældende heusler -legering var en blanding af kobolt, mangan og silicium. Forskningsteamet skabte sammensætningsspredte tynde film af legeringen og varierede andelen af ​​mangan fra 10 til 40% langs prøvens længde.

De bombarderede derefter filmen med ekstremt lys stråling på Nanoterasu Synchrotron -anlægget, der åbnede i april 2024. Denne bombardement afslørede, at den ideelle sammensætning for at maksimere spin -polarisering i legeringen var for mangan til at udgøre 27% af legeringens atomvægt.

Dette eksperiment markerede den første vellykkede anvendelse af fotoelektronspektroskopi på Nanoterasu -anlægget. Eksperimentet blev udført på en enkelt dag – meget hurtigere end eksisterende metoder til bestemmelse af spin -polariseringen.

“Resultaterne vedrører en kritisk udfordring inden for materialevidenskab ved drastisk at reducere den tid, der kræves for at evaluere og optimere spin-polarisering i halvmetalliske materialer,” siger professor Sakuraba.

Denne undersøgelse baner vejen for bredere anvendelse af teknikken ikke kun til halvmetalliske materialer, men en række andre magnetiske og spintroniske materialer.

“Den hurtige, effektive metode, der er præsenteret i denne undersøgelse, kunne have væsentlig indflydelse på udviklingen af ​​næste generations teknologier, såsom harddiskdrev med høj kapacitet og avancerede spintroniske enheder,” siger professor Sakuraba.