Forskere tager kontrol over magnetisme på mikroskopisk niveau

Atomer i magnetiske materialer er organiseret i områder kaldet magnetiske domæner. Inden for hvert domæne har elektronerne den samme magnetiske orientering. Det betyder, at deres spins peger i samme retning. "Vægge" adskiller de magnetiske domæner. En type væg har spin-rotationer, der er venstre- eller højrehåndede, kendt som havende chiralitet. Når de udsættes for et magnetisk felt, nærmer chirale domænevægge sig hinanden og krymper de magnetiske domæner.

Forskere har udviklet et magnetisk materiale, hvis tykkelse bestemmer, om chirale domænevægge har den samme eller skiftende håndhed. I sidstnævnte tilfælde fører påføring af et magnetfelt til udslettelse af kolliderende domænevægge. Forskerne kombinerede neutronspredning og elektronmikroskopi for at karakterisere disse interne, mikroskopiske træk, hvilket førte til en bedre forståelse af den magnetiske adfærd.

Et spirende teknologiområde kaldet spintronics involverer behandling og lagring af information ved at udnytte en elektrons spin i stedet for dens ladning. Evnen til at kontrollere denne grundlæggende egenskab kunne frigøre nye muligheder for at udvikle elektroniske enheder. Sammenlignet med den nuværende teknologi kan disse enheder lagre mere information på mindre plads og fungere ved højere hastigheder med mindre energiforbrug.

Udgivet i Nano Letters , viser denne undersøgelse en måde at ændre rotationsretningen og forekomsten af ​​domænevægpar. Dette antyder en potentiel rute til at kontrollere domænevæggenes egenskaber og bevægelse. Resultaterne kan have betydning for teknologier baseret på spintronics.

Evnen til at manipulere domænevægsbevægelse er forblevet en udfordring, fordi typiske magnetiske domæner tilfældigt kan skifte orientering. Derudover flytter domænegrænser sig uforudsigeligt, når domænestørrelser reduceres for at imødekomme højere informationslagringstæthed. Imidlertid har en klasse af materialer kaldet chirale magneter vist potentiale til at afbøde tilfældig domænevægsadfærd. Dette skyldes, at chirale magneter udviser indviklede spinstrukturer, som hjælper med at reducere den tilfældige vending af domæner.

Forskere fra Indiana University-Purdue University Indianapolis, Oak Ridge National Laboratory, Louisiana State University, Norfolk State University, Peter Grünberg Institute og University of Louisiana i Lafayette udviklede et chiralt magnetisk materiale ved at indsætte manganatomer mellem sekskantede lag af niobiumdisulfidforbindelser . Ved at udføre neutroneksperimenter ved High Flux Isotope Reactor (HFIR) var holdet i stand til at analysere materialets magnetiske nanostruktur, når det blev udsat for forskellige temperaturer og magnetiske felter.

Disse målinger blev kombineret med karakterisering via Lorentz transmissionselektronmikroskopi, hvilket muliggjorde en mere fuldstændig forståelse af den magnetiske adfærd. Holdets data tyder på, at ændring af tykkelsen af ​​den chirale magnet kan få nogle domænevægpar til at rotere i modsatte retninger, kendt som at have modsat chiralitet. Desuden fandt forskerne ud af, at domænevægge med modsat chiralitet vil bevæge sig mod hinanden og tilintetgøre, når de udsættes for et eksternt magnetfelt. Resultaterne kunne informere fremtidig forskning om styring af magnetiske egenskaber til teknologiske anvendelser. + Udforsk yderligere

Hastigheden af ​​magnetiske domænevægge fundet at være fundamentalt begrænset