Solicitud de presupuesto

Nano científico

Spintrónica en semiconductores: Inyección de giro eléctrico y transporte en semiconductores: Fabricación y desarrollo de prototipos de dispositivos espintrónicos


170313 Berend T Jonker

El Dr. Berend T. Jonker es el científico principal y jefe de la sección de materiales y dispositivos Magnetoelectrónicos en la división de ciencia de los materiales y tecnología en el laboratorio de investigación Naval, Washington, DC. Su investigación actual se centra en la espintrónica de semiconductores, incluyendo inyección de giro eléctrico y de transporte en semiconductores y la fabricación y desarrollo de prototipos de dispositivos espintrónicos.


¿Qué son los dispositivos Magnetoelectrónicos y cómo los usa?

Mi trabajo actual consiste en mirar propiedades de los materiales y cómo hacen interfaz incluyendo metales magnéticos. Materiales selectos prometen ser thero magnéticos lo que significa que tienen un fenómeno no cero o un momento magnético. Esto se utiliza universalmente en motores, herramientas, etcetera.

Actualmente estamos buscando desarrollar el material para memoria no volatil para reprogramación lógica, ultra bajo consumo de energía para los dispositivos y circuitos y sensores para drones. Esto nos permitirá dejar un dispositivo bajo el agua o para que pueda sacar al campo sin llevar pilas. Nos estamos centrando en los dispositivos de ultra bajo consumo que pueden dejarse en cualquier lugar o ser entregados por drones.

¿Cómo usa los microscopios de fuerza atómica en su trabajo?

Los sensores cubren un área amplia para los sensores óptico y magnético. Rutinariamente utilizamos SEM, AFM, MFM y una variedad de espectroscopía óptica para evaluar los materiales que cultivamos. Hacemos un montón de síntesis de materiales y tienen un amplio conjunto de herramientas de caracterización.

El Park NX 10 AFM es una de nuestras herramientas. Fue seleccionado en nuestro programa de adquisiciones de gobierno en gran parte debido a la relación de rendimiento de costo basada en nuestras especificaciones de licitación y fue utilizado en la investigación reciente Publicada en ACS Omega en la primera demostración de spin metálico. Esto ofrece excitantes oportunidades para el adelanto de los sensores y almacenamiento de datos.

El mercado de equipo científico especializado es un mercado global internacional. Nuestro laboratorio cuenta con una amplia gama de equipos de medición incluyendo spin-polarizado análisis de microscopía de efecto túnel (STM) y muchos otros tipos de los más modernos equipos disponibles en todo el mundo.

170313 STM Si 553 Au
El análisis-túnel microscopia topografía demuestra la altura de punta en constante para túneles en estados vacíos de superficie Si 553-Au en tensión diagonal + 0,5 V. Coexistiendo con periodicidades triplicadas y duplicadas visibles a lo largo de la cadena de Au y borde de paso Si respectivamente.


NRL produce filtrado de spin a temperatura ambiente con el Grafeno

Un equipo interdisciplinario de científicos en el laboratorio de investigación Naval de Estados Unidos (NRL) han reportado la primera demostración de vuelta metálica filtrada a temperatura ambiente utilizando dispositivos de película delgada de átomos-grafeno-ferromagneto cruce — spin es una propiedad fundamental de los electrones, además de carga, que puede ser utilizada para transmitir, procesar y almacenar datos.

170313 grafeno spin filtradoRepresentación conceptual de una ensambladura de grafeno spin filtrado: Películas de níquel (mostradas en azul) y hierro (mostradas en rojo) contienen una mezcla de electrones con vueltas subiendo y bajando. Unas pocas capas de grafeno (se muestra en gris) se encuentran entre las capas de metal para crear un camino conductivo para los electrones de un espín sólo, mientras bloquea la otra vuelta. Una corriente impulsada por la unión metálica (etiquetada con 'J') se convierte en giro polarizado. (Laboratorio de investigación Naval de Estados Unidos)

"La filtración de vuelta había sido predicha teóricamente y vista anteriormente sólo para estructuras de alta resistencia a temperaturas criogénicas," dijo el Dr. Enrique Cobas, investigador principal, NRL División de ciencia y tecnología de materiales. "Los nuevos resultados confirman que el efecto funciona a temperatura ambiente de muy baja resistencia en arreglos de discos de múltiples dispositivos".

Las ensambladuras de película delgada demostraron resistencia baja y la característica de magnetorresistencia de una interfaz de filtro spin desde temperaturas criogénicas a temperatura ambiente. El equipo de investigación también desarrolló un modelo de dispositivo para incorporar la vuelta prevista filtrada por tratar explícitamente a un canal de vuelta metálico minoría con la conversión actual spin y determinó que la polarización de spin fue al menos el 80 por ciento en la capa de grafeno.

"El grafeno es famoso por sus extraordinarias propiedades en el plano, pero queríamos ver en la conductividad entre las hojas de grafeno apiladas y cómo interactúan con otros materiales," dijo Cobas. Para ello, los investigadores de NRL desarrollan una receta para hacer crecer las películas grandes de múltiples capas de grafeno directamente sobre una lisa, película de la aleación de níquel cristalino conservando propiedades magnéticas de la película, patronicando entonces la película en arreglos de discos de ensambladuras de barra transversal. "También queríamos mostrar que podríamos producir estos dispositivos con herramientas estándar de la industria, no sólo hacer un dispositivo," agregó Cobas.

El fenómeno de filtración de la vuelta es debido a una interacción de las propiedades mecánicas del quántum de grafeno con las de una película de níquel cristalino. Cuando se alinean las estructuras de níquel y grafeno, solamente electrones con una vuelta pueden pasar fácilmente de un material a otro, un efecto denominado filtrado de spin, que resulta en la polarización de spin de una corriente eléctrica.

"Hay margen de mejora como la teoría sugiere que el efecto puede incrementarse por un orden de magnitud por el número de capas de grafeno, puesta a punto", dijo Dr. Olaf van't Erve, científico de investigación, NRL División de ciencia y tecnología de materiales. "Sin embargo, los modelos actuales no incluyen la conversión de vuelta que sucede dentro de los contactos ferromagnéticos. Una vez que contamos para esos efectos, estamos ya cerca del caso ideal de polarización de spin 100 por ciento en la capa de grafeno, lo que nos permite revisar nuestro dispositiva geometría y materiales para maximizar el efecto."

El resultado es relevante para la memoria de la próxima generación no volátil de acceso aleatorio magnética (MRAM), que utiliza pulsos de giro polarizado para cambiar un bit magnético de 0 a 1 y viceversa. También puede encontrar uso en tecnologías de futuro de spin lógica o como sensores magnéticos.

Los resultados de la investigación se divulgan en la edición 02 de noviembre de 2016, de ACS Nano (DOI 10.1021/acsnano.6b06092). El equipo de investigación incluyó a Drs. Enrique Cobas, Olaf van' t Erve, Shu-Fan Cheng, Konrad Bussman y Berry Jonker de la División de tecnología y ciencia de los materiales y los Drs. James Culbertson y Glenn Jernigan de la División electrónica de ciencia y tecnología en el NRL.

170313 dominios ferroelectricosControl espacial de la fotoluminiscencia a temperatura ambiente por dominios ferroeléctricos de monocapa en estructuras híbridas WS2/PZT Connie H. Li, Kathleen M. McCreary y Berend T. Jonker División de ciencia y tecnología de materiales, laboratorio de investigación Naval

Resumen de información de apoyo: Los dicalcogenidas solo-monocapa de metales de transición exhiben excepcionalmente fuerte fotoluminescencia (PL), dominado por una combinación de contribuciones de distintos excitón neutrales y cargados. Aquí mostramos que la carga de superficie asociada a dominios ferroeléctricos estampados en una película de titanato de plomo circonio con un microscopio de fuerza atómica lateral controla la distribución espacial de las poblaciones de excitón neutros y cargados en una monocapa WS2 adyacente. Esto se manifiesta por la intensidad y composición espectral del PL medido en aire a temperatura ambiente de las zonas de WS2 sobre un dominio ferroeléctrico con un dipolo de polarización apuntado fuera del plano superficial o en el plano superficial. Este enfoque permite la modulación espacial de la intensidad de PL y trion / poblaciones de excitón neutral y fabricación de arreglos quantum dot de discos en cualquier geometría, con aplicaciones potenciales en memoria direccionable ópticamente o computación cuántica óptica lateral.

Véase el artículo completo en: http://pubs.acs.org/journal/acsodf


"Seleccionamos el instrumento AFM Park NX 10 en una relación costo / rendimiento basado en las especificaciones. El mercado de instrumentos de equipamiento científico especializado es un mercado internacional, se evaluaron una serie de empresas de todo el mundo antes de seleccionar el AFM de Park Systems. El AFM Park Systems fue identificado como el que sería conseguir la máxima rentabilidad para el costo de la compra". - Dr. Berend Jonker, Sr. Laboratorio de Investigación Naval Científico

170313 Berend T Jonker 2
El Honorable Robert Work, Subsecretario de la Marina, presenta el Premio Presidencial a Rango de NRL del Dr. Berend Jonker. (Foto: Laboratorio de Investigación Naval US, Jamie Hartman)

En 2011, el Dr. Berend Jonker, Científico Senior de magnetoelectrónica en el Laboratorio de Investigación Naval, fue el ganador del Premio Presidencial Rango Meritorio profesional superior, reconociendo al Dr. Jonker por dirigir la investigación básica a largo plazo en el desarrollo de materiales y tecnologías magnetoelectrónicas, y demostrando conceptos de dispositivos prototipo que ofrecen mayor rendimiento para la detección, procesamiento y almacenamiento para apoyar el Cuerpo de la Marina / Marina del mañana y la guerra global contra el terrorismo.

El dr. Jonker es reconocido en toda la industria por sus logros de carrera ejemplares, incluyendo su trabajo en spin electrónico. Ha sido integral en el desarrollo de soluciones para problemas clave y demostrando pasos esenciales en la utilización del spin de electrones como variable de estado alternativo para almacenamiento y procesamiento de información en semiconductores, incluyendo inyección de spin eléctrico, detección y generación de corrientes de spin pura. Su investigación también ha aportado avances significativos en la ciencia fundamental de la magnetoelectrónica, particularmente en la interconexión de las dos tecnologías dominantes de almacenamiento y procesamiento de información: la de los metales ferromagnéticos (almacenamiento magnético) y los semiconductores (lógica, procesamiento). Esto ha dado lugar a resultados que permiten el desarrollo de la electrónica del futuro basada en el espín que son más rápidos, de encendido instantáneo, no volátil con una mayor funcionalidad y un menor consumo de energía que la electrónica basada en la carga existente, que avanzará capacidades de las plataformas de la Marina / Infantería de Marina de la "marina después de la próxima." Él está en el centro de los esfuerzos de investigación multidisciplinarios, proporcionando liderazgo científico y la visión para desarrollar materiales magnetoelectrónicas y tecnologías para la detección, procesamiento y almacenamiento, incluida la iniciación y coordinación de varios programas de investigación a 2007-2010 por un total de ~ $ 15 millones. Él es un asesor clave en los problemas de la ciencia / tecnología de alcance extraordinario y un miembro del panel y autor que contribuye para la Hoja de Ruta de Tecnología Internacional para Semiconductores , así como asesor en la planificación estratégica de investigación para la Oficina de Investigación Naval, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa, la Fundación Nacional para la Ciencia y la Oficina de Investigación del Ejército.

El Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos proporciona las capacidades científicas avanzadas necesarias para reforzar la posición de liderazgo naval mundial de nuestro país. Aquí, en un entorno donde los mejores científicos e ingenieros de la nación se inspiran para seguir su pasión, todo el mundo se centra en la investigación que produce aplicaciones de largo alcance inmediato y en la defensa de los Estados Unidos.
La tierra estaba quebrada en enero de 2002 para una instalación importante en la NRL-DC llamado el edificio de Nanociencias y la ceremonia de inauguración se llevó a cabo a finales de 2003. El Instituto de Nanociencia lleva a cabo investigaciones altamente innovadoras, interdisciplinarias en las intersecciones de los campos de los materiales, la electrónica y la biología en el dominio de tamaño nanométrico.

El Instituto explota el amplio carácter multidisciplinario del Laboratorio de Investigación Naval con el fin de reunir a los científicos con formación dispares y fondos para atacar objetivos comunes en la intersección de sus respectivos campos en esta escala de longitud.
El objetivo de los programas del Instituto es proporcionar a la Marina y el Departamento de Defensa con el liderazgo científico en esta compleja, área emergente y para identificar las oportunidades de los avances en la tecnología de defensa futura.