Forskare vid UAB, ICMAB och ALBA Synchrotron, i samarbete med UB och ICN2, har utvecklat en ny teknik för att lokalt ändra egenskaperna hos ett metamagnetiskt material. Metoden består i att applicera lokalt tryck på ytan av materialet med hjälp av nanometriska nålar och möjliggör en mycket enklare och lokal modifiering än nuvarande metoder. Forskningen öppnar dörren till en mer exakt och exakt kontroll av magnetiska material och gör det möjligt att förbättra arkitekturen och kapaciteten hos magnetiska digitala minnen.

Vissa minnesenheter där information från smartphones och datorer lagras är baserade på en mycket exakt kontroll av de magnetiska egenskaperna, i nanoskopisk skala. Ju mer exakt denna kontroll är, desto mer lagringskapacitet och hastighet de kan ha. I vissa fall, kombinationen av ferromagnetism (där magnetismen för alla atomer i materialet pekar i samma riktning) och antiferromagnetism (där magnetismen hos atomerna i materialet pekar omväxlande i motsatta riktningar) används för att lagra informationen. Ett av materialen som kan visa dessa två arrangemang är legeringen av järn och rodium (FeRh), eftersom den visar en metamagnetisk övergång mellan dessa två faser vid en temperatur mycket nära rumstemperatur. Särskilt, den kan ändra tillstånd från antiferromagnetisk till ferromagnetisk helt enkelt vid uppvärmning. Det antiferromagnetiska tillståndet är mer robust och säkert än det ferromagnetiska, eftersom det inte lätt förändras av närvaron av magneter i dess närhet, dvs. ett externt magnetfält kan inte radera informationen enkelt.

Ett team av forskare från UAB, ICMAB, och ALBA Synchrotron, tillsammans med forskare från UB och ICN2, har använt mekaniskt tryck för att modifiera denna övergång och stabilisera det antiferromagnetiska tillståndet. Forskarna har observerat att genom att trycka ytan på järn-rodiumlegeringen med en nanometerstor nål får magnettillståndet att förändras på ett enkelt och lokalt sätt. Genom att trycka på olika delar av materialet, forskarna har lyckats generera antiferromagnetiska nano-öar inbäddade i en ferromagnetisk matris, en mycket svår uppgift med nuvarande tillgängliga tekniker. Om processen upprepas över hela legeringens yta, den nya tekniken kan framkalla denna förändring över stora delar av materialritningsmönstren med nanoskopisk upplösning med områden med olika magnetiska egenskaper, skapa så små strukturer som de som för närvarande kan uppnås med mer komplexa metoder.

Förbättring för att miniatyrisera magnetiska enheter

Detta är en stor förbättring för att minimera de mönster som kan byggas med magnetiska material, en förbättring av upplösningen för de verktyg som ingenjörer använder för att designa magnetiska enheter för den teknik vi använder dagligen. "Tanken är väldigt enkel, "förklarar Ignasi Fina, forskare vid Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC), "i fasövergångar, allt du gör med materialet har stor inverkan på de andra egenskaperna. Vår legering har en magnetisk fasövergång. Med en nanometerstor nål ändrar vi den magnetiska ordningen bara genom att trycka på materialet. Specifikt, den förändras från ferromagnetisk till antiferromagnetisk. Och eftersom nålen är nanometrisk, förändringen är i nanoskala. "

"Den nya tekniken baserad på applicering av tryck med hjälp av nanonålar kan tillåta konstruktion av magnetiska nanometriska enheter med mycket mindre strukturer och mycket mer robusta och säkra än de nuvarande, underlätta tillverkningen av magnetminnen med olika arkitekturer som förbättrar deras kapacitet, "säger ICREA -forskare från Institutionen för fysik vid UAB, Jordi Sort.

Det finns andra tekniker baserade på applicering av spänning eller intensiva magnetfält för att öka stabiliteten i legeringens antiferromagnetiska fas, men de orsakar storskaliga förändringar i hela materialet, som begränsar dess kontroll och miniatyriseringskapacitet. Att applicera tryck på ett mycket lokaliserat sätt erbjuder oöverträffad noggrannhet, påverkar endast små lokala områden i nanometrisk skala. När du trycker på, legeringens övergångstemperatur ökar, temperaturen vid vilken dess tillstånd ändras, vilket innebär förändringen i dess magnetisering.

För att lösa de magnetiska förändringarna kring en individuell fördjupning på nanoskala, arbetet använde fotoemissionelektronmikroskopi kombinerat med röntgenmagnetisk cirkulär dikroism vid CIRCE -PEEM -strålen hos ALBA Synchrotron. "Våra synkrotronljusbaserade tekniker gör det möjligt att lösa förändringarna i väldigt liten skala, "förklarar Michael Foerster, beamline -forskare vid ALBA.

Ansökningar inom andra områden

De möjliga tillämpningarna går utöver magnetiska material. Det faktum att modifiera egenskaperna hos ett material genom att applicera tryck, d.v.s. genom att modifiera cellvolymen för dess kristallina struktur, kan extrapoleras till andra typer av material. Forskare tror att denna teknik öppnar dörren till ett nytt sätt att nanostrukturera materialens fysiska och funktionella egenskaper, och för att implementera nya arkitekturer i andra typer av icke-magnetiska nanodelenheter och mikroenheter.

Forskningen har lyfts fram på omslaget till den senaste upplagan av tidskriften Material Horizons .