Potentiella digitala datalagringsenheter förlitar sig övervägande på nya grundläggande magnetiska fenomen. Ju bättre vi förstår dessa fenomen, ju bättre och mer energieffektiva minneskretsar och hårddiskar vi kan bygga. Fysiker från Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) och Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) har nu slutfört det grundläggande grundläggande arbetet för framtida lagringsenheter:Med ett kreativt tillvägagångssätt för att forma magnetiska tunna filmer i böjda arkitekturer, de validerade förekomsten av kirala svar i ett vanligt använt magnetiskt material. Detta underlättar skapandet av magnetiska system med önskade egenskaper som bygger på enkla geometriska transformationer. Teamet har nu presenterat sitt arbete i tidningen Fysiska granskningsbrev .

Vi vet alla att vår vänstra hand skiljer sig från vår högra - en vänster handske passar inte din högra hand och vice versa. Forskare använder termen "kiralitet" för att beskriva objekt som inte är i linje med deras spegelbild. Apotek, särskilt, känner till denna egenskap i molekyler, som i vänster- och högerroterande mjölksyra. Människor metaboliserar den högerroterande varianten lättare än dess "spegelbild".

Sådana kirala effekter är kända för att förekomma i magnetiska material, där magnetiska strukturer också har kirala egenskaper:arrangemanget av enskilda magnetmoment inuti materialet, eller, bildligt talat, inriktningen av de många små "kompassnålarna" som utgör en magnet, kan bilda höger- och vänsterhända justeringar. Under vissa förutsättningar, vissa texturer beter sig som bild och spegelbild-en vänsterhänt textur kan inte göras kongruent med sin högerhänta version.

Den intressanta aspekten här är att "de två texturerna kan presentera olika magnetiska beteenden, "som HZDR-fysikern Dr Denys Makarov påpekar." För att uttrycka det enkelt:en högerhänt konsistens kan vara mer energiskt att föredra än en vänsterhänt konsistens. Eftersom system i naturen tenderar att anta sitt lägsta möjliga energiska tillstånd, den högerhänta staten är att föredra. "Sådana kirala effekter har stora tekniska löften. Bland annat de kan vara till hjälp vid framtida utveckling av mycket energieffektiva elektroniska komponenter som sensorer, omkopplare, och icke flyktiga lagringsenheter.

Magnetiska böjda arkitekturer

"Helimagneter är material med väldefinierade kirala magnetiska egenskaper, på grund av brist på intern magnetisk symmetri, "förklarar huvudförfattaren till tidningen, Dr Oleksii Volkov från HZDR's Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. "Trots att de har varit kända länge, det är ganska exotiska material som är svåra att producera. Dessutom, helimagneter uppvisar vanligtvis sina unika kirala egenskaper vid låga temperaturer. "Det är därför Makarovs team valde en annan väg. De använde ett vanligt magnetiskt material, järn-nickellegering (känd som Permalloy), att bygga böjda föremål som parabolformade remsor. Med litografi, de bildade olika paraboliska remsor på flera mikrometer från tunna ark Permalloy.

Fysikerna utsatte sedan proverna för ett magnetfält, orienterar således de magnetiska stunderna i parabolen längs detta magnetfält. De undersökte sedan experimentellt magnetiseringsomvändningen med hjälp av en mycket känslig analysmetod vid HZB:s synkrotron. Teamet kunde visa att de magnetiska momenten i den paraboliska remsan förblev i sin ursprungliga riktning tills ett omvänt magnetfält med ett visst kritiskt värde applicerades.

Överraskande stark effekt

Detta fördröjda svar beror på kirala effekter orsakade av krökningen vid parabolremsornas spetsområde. "Teoretiker har förutspått detta ovanliga beteende under en tid, men det ansågs faktiskt mer som ett teoretiskt knep, "förklarar Dr Florian Kronast från Helmholtz-Zentrum Berlin." Men nu har vi visat att detta trick faktiskt fungerar i praktiken. Vi upptäckte magnetiskt kiralt svar i ett konventionellt mjukt ferromagnetiskt material, bara genom den geometriska krökning av remsorna vi använde. "

I processen, laget stod inför ytterligare två överraskningar:Å ena sidan, effekten var anmärkningsvärt stark, vilket innebär att den kan användas för att påverka magneto-elektriska svar från material. Å andra sidan, effekten detekterades i ett relativt stort föremål:mikrometerstora parabolor som kan produceras med konventionell litografi. Tidigare, experter hade antagit att dessa krökningsinducerade kirala effekter endast kunde observeras i magnetiska föremål med dimensioner på ungefär ett dussin nanometer.

"När det gäller möjliga tillämpningar, vi ser fram emot nya magnetiska switchar och datalagringsenheter som använder geometriskt inducerade kirala egenskaper, "Makarov betonar. Det finns begrepp som föreställer framtida digital datalagring i vissa magnetiska objekt, så kallade kirala domänväggar eller skyrmions. Den senaste upptäckten kan hjälpa till att producera sådana föremål ganska enkelt - vid rumstemperatur, och använder vanligt material. Dessutom, den nyupptäckta effekten banar också väg för nya, mycket känsliga magnetfältssensorer.