New Clues to Mechanism for Colossal Mangetoresistance

سرنخ‌هاي جديد درباره‌ي مغناطو مقاومت‌هاي عظيم

 The method: Scientists used an electron probe (green) to make images and collect other data while using a scanning tunneling microscope tip (red) to apply current or an electric field to the sample. The first layered image of black lines shows polaro ...

روش كار: دانشمندان براي اين كه تصاويري را به‌وجود آورند و داده‌هايي را گردآوري كنند، با بهره‌گيري از نوك ميكروسكوب الكتروني روبشي (قرمز) از كاوندي الكتروني (سبز) براي اعمال جريان يا ميدان الكتريكي به نمونه استفاده كردند. اولين تصوير لايه لايه از خط‌هاي سياه امواج پولاروني را نشان مي‌دهد كه در هنگام اعمال جريان منتشر مي‌شوند. خال‌هاي ريز در لايه‌ي دوم تك‌تك اتم‌ها را نشان مي‌دهد در حالي كه خوشه‌هاي دوره‌اي نشانگر حالت منظم الكترون است.نمودار اسپكروسكوپي اتلاف انرژي الكترون (EELS) برانگيختگي ناشي از پيوند الكترون را آشكار مي‌سازد. لايه‌ي پاييني مدلي ساختاري از شبكه‌ي بلورين است و نمودار عمودي مقاومت الكتريكي بلور در هنگام اعمال جريان را نشان مي‌دهد.

 

 

آزمايش‌هاي انجام شده در آزمايشگاه ملي بروكهاون وزارت انرژي امريكا نشان داده است كه برخي مواد توانايي آن را دارند كه در ميدان مغناطيسي يا الكتريكي خارجي مقاومت خود را به شدت تغيير دهند. تغييرات مختصر در مقاومت اساس بسياري از ابزارهاي الكترونيكي از جمله، دستگاه‌هاي ذخيره‌ي داده‌ها در رايانه‌ها را تشكيل مي‌دهد.

 

          شناخت و استفاده از تغييرات چشمگير مقاومت كه به مغناطو مقاومت عظيم معروف است، امكانات بسيار زيادي را در فناوري‌هاي جديد از جمله، دستگاه‌هاي ذخيره‌سازي داده‌ها با چگالي داده‌هاي بيش‌تر و نياز به توان كم‌تر دراختيار مي‌گذارد.

 

          به گفته‌ي يميل ژو فيزيكدان آزمايشگاه ملي بروآون و يكي از مؤلفان اصلي مقاله‌اي كه در گزارش آكادمي ملي علوم در تاريخ 21 اوت 2007 منتشر شد «اين يك كار بسيار مهم با كاربردهاي بالقوه‌ي فراوان در توسعه نسل بعدي دستگاه‌هاي الكترونيكي ذخيره‌سازي داده‌هاست.

 

          دانشمندان آزمايشگاه ملي بروآون كانه‌هاي مغناطيسي پرووسكيت بلوريني را با روش‌هاي بسيار پيشرفته‌ي ميكروسكوپ الكتروني بررسي مي‌كردند كه با حاملان بار اضافي- «الكترون» يا «حفره» (جاي خالي الكترون) آلاييده شده بودند. در آزمايشي بي‌سابقه، آن‌ها از ميكروسكوپ تونل‌زني استفاده كردند كه در داخل يك ميكروسكوپ الكتروني قرار داشت و با اعمال محركي الكتريكي به نمونه پاسخ آن را در مقياس اتمي مشاهده مي‌كردند.

 

          دانشمندان به كمك اين روش براي اولين بار متوجه شدند كه يك محرك الكتريكي مختصر مي‌تواند شكل شبكه‌ي بلورين را واپيچيده كند و باعث تغيير حركت بارها در شبكه شود. واپيچيدگي‌هاي شبكه حاملان بار را به هنگام حركت در شبكه دنبال مي‌كردند و برانگيختگي‌هاي ذره- گونه‌اي را به وجود مي‌آورند كه به پولارون معروف است. طبق گفته‌ي ژو «پولارون‌ها را مي‌توان به صورت حاملان باري درنظر گرفت كه «پوششي» از ارتعاش‌هاي شبكه همراه آن‌ها را دربرگرفته است.»

 

          گروه ژو متوجه ‌شدند كه پولارون‌ها ذوب مي‌شوند و ترتيب آن‌ها تغيير مي‌كند؛يعني، در پاسخ    به جريان اعمال شده، كه دانشمندان آن را به عنوان ساز و كار اصلي مغناطو مقاومت عظيم مشخص كرده‌اند، از جامد به مايع و دوباره به جامد تغيير حالت مي‌دهند. اين روش امكان مطالعه‌ي رفتار پولارون؛ يعني، تأثير تغييرات ميدان الكتريكي، جريان و دما بر اين گذار را دراختيار دانشمندان قرار مي‌دهد.

 

          به گفته‌ي ژو «ما نشان داديم كه آرايش بلند بُرد پولارون‌ها يك جامد پولاروني تشكيل مي‌دهد كه معرف نوع جديدي از بار و حالت منظم اوربيتالي است. واپيچيدگي‌هاي شبكه‌ي مربوط به آن اين پديده را به مغناطو مقاومت‌هاي عظيم مرتبط مي‌سازد و راه‌هايي را براي تغيير چگالي بار و برهم كنش‌هاي الكترونيكي در نزديكي فصل مشترك‌ها و الكترودها دراختيار مي‌گذارد.»

 

          اثرهاي مربوط به مقاومت عظيم مي‌تواند به مينياتوري شدن مدارهاي الكتركي بينجامد كه با توان كم‌تري كار مي‌كنند؛ بنابراين، تأثير مستقيمي بر به‌كارگيري اين مواد در توسعه‌ي قطعات الكترونيكي و اسپينترونيكي (قطعه‌هايي كه در آن‌ها از تركيب اسپين الكترون و بار آن استفاده مي‌شود) دارد. اين ابزارها شامل فرم‌هاي جديدي از حافظه‌ي «با ثبات، رايانه‌اي (حافظه‌اي كه مي‌تواند اطلاعات ذخيره شده را حتي در حالتي كه تواني به آن نمي‌رسد، حفظ كند) مانند حافظه‌ي دستيابي تصادفي مقاومتي (RRAM) است.

 

 ترجمه : دکتر منیژه رهبر 

مرجع