Los investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han puesto a prueba un nuevo enfoque para la fabricación de válvulas de espín. El uso de haces de iones, los investigadores han tenido éxito en la estructuración de una aleación de aluminio de hierro en una manera tal como para subdividir el material en regiones magnetizables individualmente en la escala nanométrica. La aleación preparada es por lo tanto capaz de funcionar como una válvula de espín, que es de gran interés como un componente candidato para su uso en la espintrónica.Esto no sólo carga del electrón uso de la tecnología con fines de almacenamiento y procesamiento de la información, sino que también atrae a su intrínseco magnética propiedades (es decir, su giro). La espintrónica tiene un gran potencial para los medios de almacenamiento magnético. Por ejemplo, con memorias de acceso aleatorio magnéticas fase de arranque lento de una computadora puede dejar de ser un problema - ya que en ese caso sería operativa tan pronto como se enciende.
La ilustración muestra el proceso de fabricación de válvulas de giro lateral.Izquierda: En un principio, la estructura de la aleación es muy ordenado. Los átomos de hierro (azul) y átomos de aluminio (blanco) se disponen en capas continuas. Centro: el bombardeo de iones (rojo) trastorna el orden que conduce a una distribución aleatoria de átomos. Sólo rayas estrechas que están recubiertas con un polímero protector resisten se salvan, y conservan su ordenamiento atómico. Derecha: regiones irradiadas-Ion convierten ferromagnético. Con la ayuda de un campo magnético aplicado externamente, las rayas pueden ser dispuestas en paralelo o antiparalelo, como se muestra aquí.
Típicamente, una válvula de espín se compone de capas no magnéticas y ferromagnéticos sucesivas. Esta estratificación es un proceso muy involucrados y obtener estos componentes para conectar de forma fiable presenta un gran desafío. Esta es la razón por HZDR investigador Dr. Rantej Bali y sus colegas están tomando un enfoque totalmente diferente."Hemos construido estructuras con geometría de la válvula de giro lateral, donde las diferentes regiones magnéticas se organizan uno al lado del otro en lugar de en capas una encima de la otra", explica Bali. La idea detrás de esta nueva geometría es para facilitar el trabajo en paralelo en superficies más grandes, manteniendo los costes de fabricación bajos.
En primer lugar, los científicos recocidos una capa delgada de una aleación de aluminio de hierro (Fe 60 Al 40 ) en 500 grados C. Esto dio lugar a la formación de una estructura altamente ordenada, donde cada otra capa atómica se compone exclusivamente de átomos de hierro. De acuerdo con las expectativas de los investigadores, esta sustancia se comportó como un material paramagnético - en otras palabras, los momentos magnéticos se convirtió en desordenada. Después de esto, los científicos recubiertas la aleación con un polímero protector resisten de manera que un patrón de rayas fue producida en su superficie. Las regiones resistir-libre eran alternativamente 2 y 0,5 micrómetros de ancho, y de manera crucial, se separaron el uno del otro por 40 nanómetros de ancho tiras de resistir.
A continuación, el material fue irradiado con iones de neón en la viga de ion Centro del HZDR - con consecuencias importantes. Los científicos fueron capaces de demostrar que el material irradiado presenta propiedades muy interesantes. Debajo de las resistir tiras protectoras, los restos materiales paramagnéticos mientras las rayas estrechas y anchas resistir sin realmente convierten ferromagnético. "Una válvula de espín se conecta a través del campo magnético cambiante alineación de los espines '-. Paralelo o antiparalelo -. Cambia la resistencia eléctrica Estamos interesados en la magnitud del efecto", dice Bali. Un campo magnético aplicado externamente alinea los giros dentro de estas regiones. Dependiendo de la fuerza del campo magnético, que se pueden ajustar para funcionar en paralelo o antiparalelo. Esta magnetización es permanente y no se pierde si el campo exterior se desconecta.
La razón para este comportamiento reside en el hecho de que el haz de iones cambia la estructura de la aleación. "Los iones destruyen la estructura altamente ordenada las capas de hierro". Llaman los átomos fuera de posición y otros átomos ocupan su lugar, y, como resultado, los átomos de hierro y aluminio se convierten distribuidos al azar ", explica Sebastian Wintz, un Ph.D . estudiante que fue parte del equipo de investigadores. Una pequeña dosis de iones es suficiente para jugar a este juego a nivel atómico de la etiqueta. Wintz caracteriza el proceso de la siguiente manera: "Es una cascada, en realidad un único ion es capaz de desplazar hasta 100 átomos.". Las regiones por debajo de la de polímero resisten rayas, por otro lado, son impenetrables a los iones - por lo que estas regiones permanecen paramagnético y se separan las rayas ferromagnéticos.
Trabajando en estrecha colaboración con investigadores del Centro Helmholtz de Berlín (HZB), los científicos HZDR fueron capaces de visualizar la estructura magnética del material usando el SPEEM especial (microscopio de fotoemisión spin-resuelto) en BESSY II sincrotrón del HZB. Las imágenes microscópicas mostraron la existencia de regiones con el fin paramagnéticos y ferromagnéticos que demuestra el alto nivel de resolución espacial que se puede realizar mediante el proceso de estructuración mediante haces de iones.
Experimentos adicionales permitirán Rantej Bali y sus colegas para investigar las propiedades de estos materiales magnéticamente estructurados. Los investigadores también están tratando de averiguar los límites de la miniaturización de nanoestructuras magnéticas.
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