Le monosiliciure de nickel (NiSi) est largement utilisé pour connecter des transistors dans des circuits semi-conducteurs. Des calculs théoriques antérieurs avaient prédit à tort que le NiSi n’était pas magnétique. En conséquence, les chercheurs n’avaient jamais pleinement exploré le magnétisme du NiSi.
Cependant, récemment, des scientifiques ont utilisé la diffusion des neutrons pour identifier une forme insaisissable d’ordre magnétique dans le NiSi. La recherche est publié dans la revue Matériaux avancés.
Le magnétisme est constitué de spins magnétiques (un peu comme les aiguilles d’une boussole) d’atomes de nickel voisins. Ces rotations sont principalement opposées les unes aux autres avec une petite inclinaison collective dans une direction. Le magnétisme persiste à des températures bien supérieures à la température de fonctionnement de l’électronique. De plus, ce magnétisme peut être inversé avec de petits champs magnétiques.
Le NiSi étant largement utilisé par l’industrie des semi-conducteurs, il est déjà compatible avec la fabrication de puces. Les physiciens ont utilisé la diffusion de neutrons à la source de neutrons de spallation, une installation utilisateur du ministère de l’Énergie du laboratoire national d’Oak Ridge, pour découvrir un ordre magnétique dans le NiSi monocristallin qui n’était pas connu auparavant.
L’ordre magnétique est principalement non centrosymétrique (sans symétrie d’inversion) et antiferromagnétique (AFM) avec une légère inclinaison des spins produisant une très petite magnétisation non compensée. Cet ordre persiste jusqu’à des températures d’au moins 700 Kelvin, bien au-dessus des températures de fonctionnement de l’électronique.
La magnétisation non compensée peut être entièrement commutée par de petits champs magnétiques, et les champs magnétiques peuvent également perturber l’ordre AFM sous-jacent. L’aimantation non compensée, bien que faible, est cruciale pour l’effet Hall anormal observé (couplage des propriétés magnétiques et électroniques), remarquable pour un matériau à prédominance AFM.
La structure magnétique robuste et le couplage des propriétés magnétiques-électroniques du NiSi offrent la possibilité d’utiliser le NiSi pour des applications de mémoire magnétique. L’équipe de recherche a également appliqué la théorie fonctionnelle de la densité combinée à la méthode de correction de l’auto-interaction (électronique) (au lieu d’utiliser l’approximation de la densité locale) pour identifier l’origine du magnétisme comme résultant de l’hybridation entre les orbitales Ni 3d et les états Si sp.
L’exploitation du magnétisme récemment découvert du NiSi dans les semi-conducteurs pourrait conduire à des ordinateurs et à une mémoire informatiques plus rapides. Le magnétisme unique du NiSi est attrayant car les composants électroniques qui utilisent le magnétisme pour stocker et traiter les données sont fiables, rapides et petits. Le résultat est des capacités accrues à des coûts inférieurs. Les travaux mettent également en évidence la nécessité d’améliorer la manière dont les scientifiques appliquent la modélisation conventionnelle à certains matériaux.
Plus d’information:
Pousali Ghosh et al, NiSi : un nouveau lieu pour la spintronique antiferromagnétique, Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202302120