Ученые создали более эффективные и дешевые наномагниты

Международная группа исследователей разработала новый метод производства высокоэффективных магнитных наноматериалов, который отличается простотой и использует недорогое сырье.

Наномагнитные полосы, созданные сфокусированным ионным пучком. Автор: Сандер Мюнстер

Ученые из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) совместно с коллегами из Норвежского университета естественных и технических наук и Института ядерной физики Польской академии наук использовали высокофокусированный ионный пучок для создания на поверхности материала магнитных нанополосок, состоящих из крошечных вертикально ориентированных наномагнитов. Как сообщается в журнале Advanced Functional Materials, такая геометрия делает материал высокочувствительным к внешним магнитным полям и электрическим импульсам.

Наномагниты играют ключевую роль в современных информационных технологиях, включая высокоскоростное хранение данных, прецизионные магнитные датчики, спинтронику и перспективные квантовые компьютеры. Ранее команда доктора Рантеджа Бали уже разрабатывала методы создания магнитных наноструктур, но новый шаг оказался прорывным.

«Нам удалось создать вертикально выровненные наномагниты с использованием относительно простого материала. Это может сделать все технологии, зависящие от наномагнитов, лучше и дешевле», — заявил Бали.

Суть метода

В качестве сырья использовалась тонкая металлическая пленка из сплава железа и ванадия. В исходном состоянии атомы этого материала проявляют лишь слабый магнетизм. Однако при бомбардировке ионным пучком диаметром всего два нанометра атомы локально перестраиваются в кристаллическую решетку, и материал становится ферромагнитным. Уменьшив ширину нанополосок до 25 нанометров, ученые неожиданно обнаружили, что магнитные моменты в них выстроились вертикально к поверхности.

Преимущества вертикальной ориентации

Вертикально ориентированные наномагниты позволяют размещать компоненты более компактно, что увеличивает плотность хранения данных на жестких дисках. Они также делают материалы более эффективными для спинтроники, где для передачи сигнала используется не только заряд, но и спин электронов. Кроме того, такая ориентация может быть полезна для более четкого различения и контроля состояний кубитов в квантовых компьютерах.

Бали приводит аналогию с картами: «Если разложить карты на столе, они займут много места. Если поставить их на ребро — места нужно гораздо меньше. Карта, стоящая на ребре, также гораздо чувствительнее реагирует на стимулы, чем лежащая плашмя. То же самое относится и к реакции наномагнитов на внешние магнитные воздействия».

Экспериментальные данные, полученные с помощью магнитной силовой микроскопии и метода дифференциального фазового контраста, а также теоретическое моделирование подтвердили, что именно границы магнитных доменов заставляют моменты занимать вертикальное положение.

Исследователи планируют развивать эту технологию для создания устройств магнитной памяти, датчиков и спинтронных квантовых компьютеров.