北卡罗来纳州立大学的研究人员发现氧化物陶瓷材料镧锰酸镧(LSMO)如果被“夹在”两层不同的陶瓷氧化物镧锶铬氧化物(LSCO)之间，则在原子级薄层中保持其磁性。这些发现对未来在基于自旋电子的计算和存储设备中使用LSMO具有重要意义。
在其散装形式中，LSMO具有磁性和金属性质。通过改变其磁场可以改变材料的导电性，这使得LSMO有吸引力用作自旋电子器件中的开关。然而，当材料达到一定的厚度 - 介于5到10个原子层之间 - 它会失去这些特性。
NC State的物理学助理教授Divine Kumah和一篇描述这项工作的论文的通讯作者想知道为什么LSMO在特定的薄度下失去其磁性，并找到一种方法使LSMO以薄的形式磁化。
Kumah与来自北卡罗来纳州立大学的同事和研究生一起，首先在钛酸锶(一种通常用作中性支架的非磁性基质)上生长薄膜LSMO。该团队制作了厚度为2到10个原子层的薄膜，并测试了它们的磁性能。
接下来，该团队利用阿贡国家实验室的同步加速器光源，以便他们可以获得LSMO薄层内原子排列的三维视图。他们发现，在极薄的情况下，氧和锰原子在材料表面略微偏离对准，有效地切断了它的磁性。
“在大约五个原子层，我们看到了层表面和底部界面与支架的扭曲，”Kumah说。“氧气和锰原子自身重新排列.LSMO中的磁性和电导率与这两个原子如何结合有关，所以如果它们在上下移动的薄膜中存在极性扭曲，则键伸展，电子不能移动通过有效的材料和磁力关闭。“
该团队指出，这些扭曲始于胶片顶部，并在表面下延伸约三层。
“我们发现扭曲的发生是因为晶体结构在表面产生了电场，”Kumah说。“氧气和锰原子的移动是为了消除电场。我们的挑战是在结构上与LSMO兼容的接口处生长某些东西，但也是绝缘的 - 这样我们就可以去除电场，阻止电场的运动。氧和锰原子并保留磁性。“
研究人员发现，通过在LSMO的两侧使用两层LSCO，LSMO可以在两个原子层保持其磁性。
“它就像一个三明治 - LSCO是面包，LSMO就是肉，”Kumah说。“在没有任何原子位移的情况下，您可以使用少于五层的LSMO。希望我们的工作表明这些材料可以很薄，足以在自旋电子器件中使用。”