Konstruerede materialer:Specialfremstillede magneter

En ny tilgang til at designe kunstige materialer kunne muliggøre magnetiske enheder med en bredere vifte af egenskaber end dem, der nu er tilgængelige. Et internationalt team af forskere har nu udvidet metamaterialers egenskaber og potentielle anvendelser ved at bruge ikke én, men to meget forskellige klasser af nanostrukturer, eller metamolekyler.

Et stofs egenskaber afhænger i høj grad af dets atomer og den måde, disse atomer interagerer med hinanden på. Det endelige antal atomtyper, imidlertid, sætter en grænse for rækken af ​​egenskaber, som et konventionelt materiale kan have. I modsætning, en ny klasse af konstruerede materialer kaldet metamaterialer har ingen sådan begrænsning. Metamaterialer er typisk sammensat af en række nanostrukturer, der kan interagere med elektromagnetiske bølger på nogenlunde samme måde som atomer. Ud over, de optiske egenskaber af disse metamaterialer kan justeres ved at ændre størrelsen og formen af ​​nanostrukturer.

Et internationalt team af forskere ledet af Boris Luk'yanchuk ved A*STAR Data Storage Institute har nu udvidet egenskaberne og potentielle anvendelser af metamaterialer ved at bruge ikke én, men to meget forskellige klasser af nanostrukturer, eller metamolekyler.

Luk'yanchuk og teamet modellerede matematisk en todimensionel række af metamolekyler bestående af en siliciumkugle ved siden af ​​en delvist ufuldstændig kobberring. De studerede indflydelsen af ​​både kuglen og den splittede ring på den magnetiske komponent af en indfaldende elektromagnetisk bølge - en egenskab kendt som magnetisering.

"Da de to strukturer var mere end en mikrometer fra hinanden, de virkede begge for at øge det lokale magnetfelt, " siger Luk'yanchuk. Men, de begyndte at interagere, når de rykkede tættere sammen, og forskerne observerede, at magnetiseringen af ​​den splittede ring falder og endda bliver negativ for separationer mindre end 0,5 mikrometer.

Denne situation er noget analog med den magnetiske rækkefølge i 'naturlige' materialer. Når alle atomerne bidrager positivt til et materiales magnetiske egenskaber, materialet bliver til en ferromagnet. Imidlertid, når alternerende områder af materialet har modsat magnetisering, materialet siges at være antiferromagnetisk.

"Vi demonstrerer, at vores hybridgitter af metamolekyle udviser afstandsafhængig magnetisk interaktion, åbne nye måder til at manipulere kunstig antiferromagnetisme med materialer med lavt tab, " forklarer Luk'yanchuk.

Selvom analogien mellem metamaterialer og magnetiske materialer ikke er perfekt, de fleste metamaterialer siges at være ferromagnet-lignende. Designet foreslået af Luk'yanchuk og teamet efterligner tæt antiferromagnetisk bestilling, og dette åbner en mulighed for forskere til at studere antiferromagnetiske fænomener i metamaterialer. Et bemærkelsesværdigt eksempel er gigantisk magnetoresistens, et fænomen, der er kernen i moderne elektroniske erindringer.

Luk'yanchuk bekræfter, at en metamateriale-analog ville tilbyde spændende forskningsmuligheder. "Vi tror på, at vores arbejde har potentialet til at gøre en stærk indflydelse på udviklingen af ​​integrerede løsninger på chip til rekonfigurerbare og optisk kontrollerede metamaterialer."