Одноатомными магнитами можно управлять с помощью электричества

Энергия, необходимая для смены магнитной ориентации отдельного атома, что определяет его магнитную стабильность и полезность во множестве устройств будущего, может модифицироваться за счет смены электрического сцепления атома с соседними металлами.

Этот поразительный результат был опубликован в издании Nature Nanotechnology учеными из Лондонского центра нанотехнологий, Иберийской лаборатории нанотехнологий, университета Сарагосы из Института Макса Планка.

Любой, кто держит в руках два магнита, может испытать, как они взаимно притягиваются и отталкиваются, в зависимости от относительной ориентации магнитных полюсов. Тот факт, что полюса в магнитах располагаются вдоль определенного направления вместо беспорядочной ориентации, известен как магнитная анизотропия. Это свойство используется в самых разных устройствах, от стрелок компаса до накопителей жестких дисков.

«Для больших кусков магнита магнитная анизотропия определяется, прежде всего, их формой. Атомы, формирующие материал магнитов, также имеют магнитную природу, и потому обладают собственной магнитной анизотропией. Однако они настолько малы, что приписать им какую-либо форму практически невозможно, и магнитной анизотропией атома обычно управляет его местоположение и заряд соседних атомов», подчеркнул доктор Джоакин Фернандо-Россье.

С помощью сканирующего туннельного микроскопа — инструмента, который позволяет наблюдать и управлять отдельными атомами на поверхности, ученые обнаружили новый механизм управления магнитной анизотропией в атомном масштабе.

В ходе эксперимента ученые заметили существенные изменения магнитной анизотропии отдельных атомов кобальта в зависимости от их местоположения на медной поверхности, покрытой атомарно тонким слоем нитрида меди.

Эти изменения коррелировали со значительными изменениями в интенсивности другого явления — эффекта Кондо, который является результатом электрического сцепления между атомами магнита и соседнего металла. С помощью теоретического и компьютерного моделирования ученые установили, что помимо обычных структурных механизмов электронные взаимодействия между металлической подложкой и магнитными атомом также играют значительную роль в определении магнитной анизотропии.

«Электрическое управление свойством, которое прежде настраивалось лишь с помощью структурных изменений, дает существенно новые возможности в создании наименьших устройств для обработки информации, хранения данных и для систем датчиков», сказал доктор Сайрус Ирджибейдин.

В отличие от наиболее распространенных механизмов данный вклад в магнитную анизотропию может быть настроен электрически с помощью того же процесса, что запускает многие транзисторы, а именно полевого эффекта.

Результаты исследования особенно актуальны, поскольку способствуют усилиям по поиску материальных систем с большей магнитной анизотропией, свободных от редкоземельных элементов — редких материалов, добыча которых оказывает серьезное влияние на окружающую среду.

09.12.2013