Обнаружен новый способ манипуляции магнетизмом

Исследователи из Национального института стандартов и технологий США обнаружили новый способ управления свойствами наноразмерных магнитных материалов. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Спин (собственный момент импульса частицы, который характеризует вращательное движение) наделяет электрон магнитным моментом. В некоторых материалах, например, в кобальте, спины соседних электронов взаимодействуют, благодаря чему металл обладает магнитными свойствами. Это происходит потому, что его спины выстраиваются в одном направлении.

Если некоторые спины меняют это направление, они захватывают с собой некоторые соседние спины. Из-за этого спины постепенно поворачиваются по часовой стрелке или против нее.

Ученые нашли способ контролировать направление этого поворота в пленке кобальта толщиной в три атома. Более того, они выяснили, как устанавливать направление в разных местах на одной и той же пленке кобальта и делать это независимо от других магнитных свойств металла.

Для этого ученые контролировали взаимодействие Дзялошинского-Мория, ответственное за явление слабого ферромагнетизма, и которое выбирает приоритетное направление вращения спинов. Взаимодействие Дзялошинского-Мория обычно происходит на границе между тонкой пленкой магнитного металла и немагнитным металлическим слоем.

В эксперименте исследователи поместили тонкую пленку кобальта между двумя слоями платины и поставили материал на силиконовую пластинку. Толщина верхней и нижней пластины платины составили, соответственно, 1,7 и 35 нанометров. Слоистый материал затем обстреливался ионами аргона, которые разрушили верхнюю платиновую пленку и границу между платиной и кобальтом. Когда ученые использовали ионы аргона с более высокой энергией, взаимодействие Дзялошинского-Мория было отрицательным, а спины кобальта двигались против часовой стрелки. При использовании ионов аргона с низкой энергией, взаимодействие Дзялошинского-Мория оказалось положительным, а спины крутились в направлении по часовой стрелке. Поскольку ионы аргона с разной энергией могут быть нацелены на разные участки кобальтовой пленки, магнитные свойства вещества различались.

Возможность управления магнитными свойствами поможет создать и улучшить электронные носители и магнитные жесткие диски, а также разработать чувствительный детектор для магнитных наночастиц.