Изолирующее соединение (MgO), используемое в качестве барьерного слоя в структуре наносэндвича.Оксид магния — это белое кристаллическое твёрдое вещество, образующееся при горении магния в кислороде или при нагревании солей магния. Химически это ионное соединение: каждый атом магния отдаёт два электрона атому кислорода, образуя ионы Mg2+ и O2-, упакованные в регулярную решётку. Поскольку электроны прочно связаны в этой решётке, MgO не проводит электричество — это изолятор с широкой запрещённой зоной около 8 электрон-вольт. Именно сочетание химической стабильности, высокой температуры плавления (около 2850 °C) и электрической изоляции делает его полезным в качестве тонкого барьерного слоя в слоистых наноразмерных устройствах, где он разделяет две проводящие или магнитные области и управляет прохождением электронов или спинов между ними.
Оксид магния известен по крайней мере с XVIII века как магнезия, а его изолирующие и тугоплавкие свойства изучались задолго до появления наноразмерных тонких плёнок. Его использование в качестве кристаллического туннельного барьера в магнитных переходах возникло в 1990-х и 2000-х годах, когда исследователи научились выращивать его эпитаксиально на металлических электродах.
В наносэндвиче слой MgO толщиной всего в несколько атомных слоёв выращивается между двумя металлическими плёнками. Электроны не могут просто течь через оксид, но они могут туннелировать сквозь него квантово-механически: чем тоньше барьер, тем выше вероятность того, что электрон перейдёт из одного металла в другой. Туннельный ток сильно зависит от толщины барьера и от электронных состояний по обе стороны, поэтому слой MgO действует как чувствительный клапан, а не как простая стена. В магнитных туннельных переходах MgO также фильтрует, какие спины электронов могут туннелировать, поэтому один и тот же материал лежит в основе считывающих головок жёстких дисков и ячеек магнитной памяти.
Тонкие плёнки MgO используются в качестве туннельных барьеров в магнитных туннельных переходах, которые служат считывающими сенсорами в жёстких дисках и элементами хранения в магнитной оперативной памяти (MRAM).
Оксид магния — это то же вещество, что и белый порошок, используемый в некоторых антацидах и в качестве огнеупорной футеровки в высокотемпературных печах, так что одно и то же соединение встречается и в медицине, и в наноразмерной электронике.
Статей пока нет