Магнітні диполі в наномасштабі ведуть себе несподіваним чином

Поведінка так званих простих магнітних диполів в наномасштабі лише частково збігається з передбаченнями теоретичних моделей.

Магнетизм! Мабуть, жодне фізичне явище не вивчається так давно і з таким старанням. І все-таки фізики з Німеччини стверджують, що повна ясність у цьому питанні нам тільки сниться.

Спостерігаючи взаємодія магнітних диполів в наномасштабі, вчені з подивом виявили, що диполі формували ланцюга, а зовсім не зигзаги, що теоретично очікувалися від взаємодії одиночних диполів.


Микроснимок магнітного стану острівців при 140 К. В синіх точках магнітні диполі спрямовані вгору, в червоних — вниз. Білі острівці вказують на орієнтацію диполя, перпендикулярну «червоним» і «синім». (Ілюстрація Zabel et al., Phys. Rev. Lett.)

Експеримент фізиків під керівництвом Хартмута Забеля (Hartmut Zabel) з Рурського університету в Бохумі (ФРН) зажадав нарізки правильними квадратиками решітки з тонкої магнітної плівки на основі заліза і паладію. Решітка складалася з круглих «острівців», кожен по 150 нм в діаметрі. Змінюючи вміст заліза, дослідники збиралися впливати на температуру Кюрі (точку переходу у феромагнітний стан). Сама решітка виготовляли за допомогою електронно-променевої літографії, удалявшей матеріал з 300-нанометрових проміжків між «острівцями».

Так був отриманий масив наномагніти прийнятних параметрів. Вище певної температури теплові коливання інтерферують з взаємодіями між кожним з таких нанодиполей. Це дозволяло будь-якому «острівця» приймати найбільш енергетично сприятливий орієнтацію — основний стан з найменшою можливою внутрішньою енергією. Щоб відстежити кінцевий вигляд орієнтації диполів, вчені використовували фотоэмиссинную електронну спектроскопію на електронному синхротроні BESSY II, який знаходиться в Берліні. Тамтешні рентгенівські фотони стимулювали окремі електрони в опромінюваному матеріалі, що дозволяло отримати інформацію про становище диполів.

З’ясувалося наступне: острівці-диполі сформували серію паралельних і антипараллельных ліній. Прилеглі полюса різних диполів складалися при цьому ланки ланцюга, в той час як близьке присутність у кожного «острівця» чотирьох сусідів повинно було привести до більш хаотичного зигзагообразному вибудовування, теоретично передбаченим при чистому дипольном взаємодії.

Те, що на ділі все не так, може, за словами авторів, мати важливе практичне значення. Скажімо, вінчестери зберігають дані у вигляді бітів і технічно вважаються феромагнітними плівками з протилежними напрямками намагнічування, які кодують стан біта. В НЖМД майбутнього знадобиться мінімізувати окремі феромагнітні ділянки такої плівки до наномасштабов, зберігши здатність переключати стан мінімальних «острівців», відповідають бітам збереженої інформації, незалежно один від одного, навіть незважаючи на наявність між останніми певного магнітного взаємодії.

«Однак простої моделі з підручника, що описує взаємодію диполів, недостатньо, щоб пояснити їх експериментальні “повадки”, і це вимагає доопрацювання теоретичних моделей», — підкреслює сторонній коментатор Аксель Ендерс (Axel Enders), ад’юнкт-професор з Університету Небраски-Лінкольн (США).

Звіт про дослідження опублікований в журналі Physical Review Letters.

Підготовлено за матеріалами Physicsworld.Com.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *