Начну с того, что в основном все такие "девайсы" представляют собой гетероструктуры в виде тонких слоев (пленок) разных материалов, нанесенных на подложку. Толщина пленок варьируется от единиц до сотен нанометров в зависимости от поставленной задачи. Теперь уже ни для кого не секрет, что физические свойства пленок могут, и чаще всего это так, отличаться от свойств их объемных "прородителей". Недавно, например, было показано, что если взять два соединения SrTiO₃ (STO) и LaAlO₃ (LAO), которые являются диэлектриками и в то же время один из них диамагнетик, а другой парамагнетик, то, создав из них гетероструктуру, можно получить тонкий слой в интерфейсе между STO и LAO пленками, который является очень хорошим проводником (в одном из последних номеров Science утверждают, что этот слой сверхпроводящий при сверхнизких температурах!) и при этом магнитным! С другой стороны, при нанесении таких сложных оксидов как манганиты или ВТСП на подложку, благодаря возникновению деформации кристаллической решетки из-за разности параметров решетки
наносимого материала и подложки, на границе (интерфейс) между пленкой и подложкой могут возникать многофазные структуры с совершенно другими физическими свойствами. Например, объемная фаза соединения La_0.67Sr_0.33MnO₃ (LSMO) является ферромагнитной и металлической. Однако тонкая LSMO пленка (порядка десятков нанометра) на STO подложке уже имеет как минимум две фаза (на самом деле больше) - ферромагнитная металлическая и ферромагнитная непроводящая, которая будет являться "проводником" внешнего электрического поля внутрь образца. То есть, идея состоит в управлении магнитными свойствами пленки манганита электрическим полем!

Трудность состоит в том, что для изучения такого эффекта необходимо вырастить очень тонкие пленки (с толщиной менее 10 нм) и граница между пленками в гетероструктуре должна быть четкой/резкой. Таким образом, была выращена гетероструктура, состоящая из подложки STO, на которую была нанесена пленка LSMO с толщиной от 4 до 12 нм (разные образцы). Затем сверху LSMO были покрыты пленкой золота. В нашей работе мы использовали тонкую пленку золота (~2 нм), так как, н-р, алюминий не годится по причине того, что он может образовывать оксид. Это в свою очередь может привести к "утечке" кислорода из слоя манганита. Однако манганиты очень чувствительны к концентрации кислорода и при ее изменении всего на долю процента можно изменить ферромагнитную фазу на антиферромагнитную.

Морфология образцов контролировалась с использованием атомно-силового микроскопа.

Результаты измерения намагниченности с помощью СКВИД'а выявили значительное уменьшение температуры Кюри (температура перехода ферромагнетик-парамагнетик) и намагниченности насыщения пленок покрытых золотом относительно пленок той же толщины без золота . При этом эффект тем сильнее выражен, чем тоньше пленка манганита. Для LSMO пленки толщиной 4 нм изменение температуры Кюри порядка 185 К, тогда как для 8 нм пленки - около 10 K (см. рис.). Для того, чтобы исключить возможную диффузию атомов между слоями гетероструктуры был проведен анализ с помощью рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии (XPS) и Оже-электронной спектроскопии (Auger). С учетом точности эксперимента (ошибка порядка 1%) мы не можем гарантировать, что в созданной гетероструктуре нет диффузии кислорода из слоя манганита в слой золота (хотя такая диффузия и кажется маловероятной). По этой причине мы решили использовать промежуточный тонкий (2 нм) слой STO между слоем золота и LSMO пленкой. Здесь следует сказать, что поскольку STO является диэлектриком и в то же время диамагнетиком, то этот дополнительный STO слой можно считать инертным. К тому же, так как ультратонкие пленки манганитов, выращенные на STO подложке, полностью деформировны, а значит имеют тот же параметр решетки, что и STO подложка, то можно считать, что STO слой, нанесенный на поверхность LSMO пленки не деформирует ее. Таким образом, мы можем исключить прямое влияние STO слоя на свойства LSMO пленки. Это подтверждается и измерениями магнитных свойсти (2-нм STO)/(4-нм LSMO) структуры.

Интерсно, что после введения промежуточного STO слоя эффект со стороны золотой пленки на магнитные свойства LSMO слоя по прежнему сильно выражен для случая 4-нм пленки. Изменение температуры Кюри в этом случае составляет порядка 60 К (см. рис.)! В этом случае Au/STO/LSMO/STO гетероструктуры мы не можем исключить возможность проникновения электрического поля внутри LSMO пленки, что приводит к изменению ее магнитных и транспортных свойств.

Т.е. появляется возможность создать структуру, магнитные свойства которой будут изменяться под действием электрического поля.

Подробнее см.:
- Proximity effects induced by a gold layer on
La_0.67Sr_0.33MnO₃ thin films,Appl. Phys. Lett. 91, 102506 (2007).
(in arXiv see arXiv:0706.2688v1)
- Decrease of the Curie temperature of La_0.67Sr_0.33MnO₃ thin films covered by gold layers, Mat. Sci. Eng. B., in press (2007).


Работа выполнена двумя группами - L-NESS и PaRMa