Et forbløffende parabeltrick

Potentielle digitale datalagringsenheder er overvejende afhængige af nye fundamentale magnetiske fænomener. Jo bedre vi forstår disse fænomener, jo bedre og mere energieffektive hukommelseschips og harddiske vi kan bygge. Fysikere fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) og Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) har nu afsluttet det væsentlige grundlæggende arbejde for fremtidige lagerenheder:Brug af en kreativ tilgang til at forme magnetiske tynde film i buede arkitekturer, de validerede tilstedeværelsen af ​​chirale reaktioner i et almindeligt anvendt magnetisk materiale. Dette letter oprettelsen af ​​magnetiske systemer med ønskede egenskaber, der er afhængige af enkle geometriske transformationer. Teamet har nu præsenteret deres arbejde i journalen Fysisk gennemgangsbreve .

Vi ved alle, at vores venstre hånd er forskellig fra vores højre - en venstre handske passer ikke til din højre hånd og omvendt. Forskere bruger udtrykket "kiralitet" til at beskrive objekter, der ikke er i overensstemmelse med deres spejlbillede. Kemikere, i særdeleshed, kender denne egenskab i molekyler, som i venstre- og højre-roterende mælkesyre. Mennesker metaboliserer lettere den højre roterende variant end dens "spejlbillede".

Sådanne kirale virkninger vides at forekomme i magnetiske materialer, hvor magnetiske strukturer også har chirale egenskaber:arrangementet af individuelle magnetiske øjeblikke inde i materialet, eller, i overført betydning, justeringen af ​​de mange små "kompasnåle", der udgør en magnet, kunne danne højre- og venstrehåndede justeringer. Under visse betingelser, nogle teksturer opfører sig som billede og spejlbillede-en venstrehåndet tekstur kan ikke gøres kongruent med dens højrehåndede version.

Det interessante aspekt her er, at "de to teksturer kan præsentere forskellig magnetisk adfærd, "som HZDR-fysiker Dr. Denys Makarov påpeger." For at sige det enkelt:En højrehåndet tekstur kan være mere energisk at foretrække end en venstrehåndet tekstur. Da systemer i naturen har en tendens til at antage deres lavest mulige energiske tilstand, den højrehåndede tilstand foretrækkes. "Sådanne kirale effekter holder store teknologiske løfter. Blandt andet de kan være nyttige i den fremtidige udvikling af meget energieffektive elektroniske komponenter såsom sensorer, afbrydere, og ikke-flygtige lagerenheder.

Magnetisk buede arkitekturer

"Helimagneter er materialer med veldefinerede chirale magnetiske egenskaber, på grund af mangel på intern magnetisk symmetri, "forklarer hovedforfatteren af ​​papiret, Dr. Oleksii Volkov fra HZDR's Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. ”På trods af at de har været kendt længe, det er ret eksotiske materialer, der er svære at producere. I øvrigt, helimagneter udviser normalt deres unikke kirale egenskaber ved lave temperaturer. "Derfor valgte Makarovs hold en anden vej. De brugte et fælles magnetisk materiale, jern-nikkel legering (kendt som Permalloy), at bygge buede genstande som parabelformede strimler. Ved hjælp af litografi, de dannede forskellige parabolske strimler på flere mikrometer fra tynde ark Permalloy.

Fysikerne udsatte derefter prøverne for et magnetfelt, orienterer således de magnetiske øjeblikke i parabolen langs dette magnetfelt. De undersøgte derefter eksperimentelt magnetiseringsomvendelsen ved hjælp af en meget følsom analysemetode ved HZBs synkrotron. Holdet var i stand til at vise, at de magnetiske øjeblikke i den parabolske strimmel forblev i deres oprindelige retning, indtil et omvendt magnetfelt med en bestemt kritisk værdi blev anvendt.

Overraskende stærk effekt

Denne forsinkede reaktion skyldes chirale virkninger forårsaget af krumningen ved parabolstrimlernes spidsområde. "Teoretikere har forudsagt denne usædvanlige adfærd i nogen tid, men det blev faktisk betragtet som mere et teoretisk trick, "forklarer Dr. Florian Kronast fra Helmholtz-Zentrum Berlin." Men nu har vi vist, at dette trick faktisk fungerer i praksis. Vi opdagede magnetisk chiral respons i et konventionelt blødt ferromagnetisk materiale, bare gennem den geometriske krumning af de strimler, vi brugte. "

I processen, holdet stod over for to overraskelser mere:På den ene side, effekten var bemærkelsesværdig stærk, hvilket betyder, at det kan bruges til at påvirke de magneto-elektriske reaktioner af materialer. På den anden side, effekten blev opdaget i et relativt stort objekt:mikrometerstørrelse paraboler, der kan fremstilles ved hjælp af konventionel litografi. Tidligere har eksperter havde antaget, at disse krumningsinducerede kirale virkninger kun kunne observeres i magnetiske objekter med dimensioner på omkring et dusin nanometer.

"Med hensyn til mulige applikationer, vi ser frem til nye magnetiske switche og datalagringsenheder, der udnytter geometrisk inducerede kirale egenskaber, "Makarov understreger. Der er begreber, der forestiller fremtidig digital datalagring i visse magnetiske objekter, såkaldte chirale domænevægge eller skyrmions. Den nylige opdagelse kan hjælpe med at producere sådanne objekter ganske let - ved stuetemperatur, og brug af almindelige materialer. Ud over, den nyopdagede effekt baner også vejen for roman, meget følsomme magnetfeltsensorer.