Magnetisch zuurstof gedraagt zich als overgangsmetaal

31 mei 2012

Onderzoekers van het Zernike Institute for Advanced Materials van de Rijksuniversiteit Groningen en van het Institute for Molecules and Materials van de Radboud Universiteit hebben een nieuwe type op zuurstof gebaseerd magnetisme ontdekt. Het onderzoek is gepubliceerd in het juninummer van Physical Review Letters.

Dit opent een interessant onderzoeksveld waarmee het magnetisch gedrag van zuurstof wordt bestudeerd en dat eventueel tot toepassingen binnen het veld van de spintronica. Binnen de spintronica wordt niet alleen de hoeveelheid elektrische stroom, maar ook het magnetische veld van rondtollende elektronen gebruikt om mee te rekenen. Daardoor stijgt de informatiedichtheid op een chip.

Tot op heden werd bij magnetisme gebruik gemaakt van veel zware elementen als overgangsmateriaal, bijvoorbeeld ijzer, of bij zeldzame aardmetalen, bijvoorbeeld neodinium. De onderzoekers hebben nu het magnetisme van het veel lichtere element zuurstof bestudeerd in cesiumdioxide (CsO2), een ionogene vaste stof met dezelfde kristalstructuur als gewoon tafelzout.

In het onderzoek is aangetoond dat magnetische momenten van ongepaarde elektronen (de zogenaamde spins) van CsO2 antiparallel gekoppeld kunnen worden tot een één-dimensionale spin-keten. Dit betekent dat de magnetische interacties tussen naburige moleculen alleen in één richting van de kristalstructuur voorkomen. Het mechanisme dat deze spin-keten veroorzaakt is tot dus ver alleen aangetoond voor overgangsmetaal verbindingen. Zuurstof kan zich dus als overgangsmetaal gedragen. Lichte elementen als zuurstof bieden bijzondere voordelen binnen de spintronica, omdat de “omhoog” of “omlaag” stand van de spins langer kan blijven staan.

De magnetische eigenschappen van superoxides als zuurstof zijn tot heden weinig bestudeerd. Een parallelle onderzoekslijn binnen het Zernike Institute wordt echter wel gevolgd onder leiding van Prof. Bart van Wees en is gebaseerd op koolstof (grafeen).

Dit onderzoek werd gefinancierd door de Stichting FOM en een VIDI beurs van NWO-CW voor Dr. Graeme Blake. Het wordt gepubliceerd in de 1 Juni druk van Physical Review Letters en wordt daar ‘aanbevolen door de editor’.

Publicatie

“Antiferromagnetic S = ½ Spin Chain Driven by p-Orbital Ordering in CsO2”, Syarif Riyadi, Baomin Zhang, Robert A. de Groot, Antonio Caretta, Paul H.M. van Loosdrecht, Thomas T.M. Palstra, and Graeme R. Blake.
http://link.aps.or g/doi/10.1103/PhysRevLett.108.217206

Contact

Dr. Graeme Blake
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen
(g.r.blake@rug.nl, 050 363 4414)

Bron: NWO