Supergitter af enkeltatommagneter sigter mod den ultimative grænse for datalagring med høj tæthed

(Phys.org) – Forskere har fremstillet et supergitter af enkeltatommagneter på grafen med en tæthed på 115 terabit pr. kvadrattomme, tyder på, at konfigurationen kan føre til næste generations lagermedier.

"Enkeltatomsmagneter repræsenterer den ultimative grænse for magnetiske lagerenheder med ultrahøj tæthed, "Stefano Rusponi, en fysiker ved Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) og medforfatter af den nye forskning, fortalt Phys.org . "Indtil nu, forskere har hovedsageligt fokuseret på de magnetiske egenskaber af enkelte atomer og små klynger tilfældigt fordelt på de understøttende overflader." [Se tidligere artikler her og her.]

"I vores nye avis, vi demonstrerer evnen til at realisere et supergitter af enkelte atomer med stabil magnetisering. Dette repræsenterer den første prototype af et lagermedie baseret på et enkelt atom pr. bit."

Som forskerne forklarede, en vigtig udfordring ved at bruge en række atommagneter som en datalagringsenhed er at sikre, at magneterne er stabile og ikke interagerer med hinanden, da dette kan resultere i tab af data.

For at løse denne udfordring, forskerholdet, ledet af professor Harald Brune ved EPFL, udnyttede de gode magnetiske egenskaber ved dysprosium atomer, sammen med egenskaberne af grafen-iridium-substratet.

En del af årsagen til den meget stabile magnetisering er på grund af gittermisforholdet mellem grafen og iridium, hvilket skaber et periodisk moiré-mønster. Dette periodiske mønster fører til et ækvidistant arrangement af de mest gunstige dysprosium-adsorptionssteder.

Når dysprosium-atomerne aflejres på substratet ved ca. 40 K, deres overfladediffusion aktiveres, hvilket får dem til at hoppe rundt på overfladen. Denne bevægelse giver dem mulighed for at nå de mest gunstige adsorptionssteder bestemt af moiré-mønsteret, så de danner et højt ordnet array, med en gennemsnitlig afstand mellem atomer på kun 2,5 nanometer.

Når den er samlet, atomernes magnetiske stabilitet kan påvirkes på nogle få måder, herunder ved spredning med elektroner og fononer på overfladen, samt ved kvantetunnelering af de magnetiske tilstande.

Heldigvis, to af de gavnlige egenskaber ved grafen er dets meget lave elektron- og fonontætheder, som beskytter dysprosium-atomerne mod spredning. Ud over, dysprosium-atomerne har en gunstig magnetisk grundtilstand, der beskytter mod kvantetunnelering af magnetiseringen. Begge egenskaber bidrager til supergitterets høje magnetiske stabilitet.

Målinger viste, at supergitteret har en meget stor magnetisk hysterese - som er et mål for en magnets irreversibilitet - som udkonkurrerer de bedste dysprosium-baserede enkeltion-molekylære magneter. Forskerne forklarer, at den høje magnetiske stabilitet afhænger af alle de kombinerede egenskaber af atomerne og grafen-iridium-substratet, og at manglende kun én af disse egenskaber i høj grad reducerer stabiliteten.

En af de nuværende ulemper ved designet er, at den magnetiske stabilitet falder ved højere temperaturer. I fremtiden, forskerne planlægger at forbedre supergitterets termiske stabilitet, eventuelt ved at dyrke grafen på et isolerende underlag.

"Dysprosium-atomernes magnetiske stabilitet er begrænset til temperaturer under 10 K og er følsom over for forurening, kræver således ultrahøjt vakuum til vores eksperimenter, " sagde Rusponi. "I fremtiden, vi planlægger at forbedre ydeevnen af ​​enkelt-atom magnet supergitteret. Først, vi har til hensigt at øge den maksimale temperatur, ved hvilken den magnetiske stabilitet overlever, ved at finde den optimale kombination af enkeltatomarter og understøttende substrat. Sekund, vi har til hensigt at beskytte supergitteret med et dæklag, der bevarer de magnetiske atomers egenskaber."