Den senaste generationen magnetiska hårddiskar är gjorda av magnetiska tunna filmer, som är invar -material. De tillåter extremt robust och hög datalagringstäthet genom lokal uppvärmning av ultraljudsmässiga nanodomäner med en laser-så kallad värmeassisterad magnetisk inspelning, eller HAMR. Volymen i sådana invar -material expanderar knappast trots uppvärmning. Ett tekniskt relevant material för sådana HAMR-dataminnen är tunna filmer av järnplatina-nanograiner. Ett internationellt team som leds av den gemensamma forskargruppen för Prof. Dr. Matias Bargheer vid HZB och University of Potsdam har nu för första gången observerat experimentellt hur en speciell spinngitter-interaktion i dessa tunna järnplatina-filmer avbryter den termiska expansionen av kristallgitteret.

I termisk jämvikt, järn-platina (FePt) tillhör klassen invar-material, som knappast expanderar alls vid uppvärmning. Detta fenomen observerades redan 1897 i nickel-järnlegeringen "Invar, "men det är bara de senaste åren som experter har kunnat förstå vilka mekanismer som driver det:Normalt uppvärmning av fasta ämnen leder till gittervibrationer som orsakar expansion eftersom de vibrerande atomerna behöver mer utrymme. Förvånande, dock, uppvärmning av snurr i FePt leder till motsatt effekt:ju varmare snurr är, ju mer materialet drar ihop sig längs magnetiseringsriktningen. Resultatet är den egenskap som är känd från Invar:minimal expansion.

Ett team som leds av prof. Matias Bargheer har nu experimentellt jämfört detta fascinerande fenomen för första gången på olika tunna järnplatina-filmer. Bargheer leder en gemensam forskargrupp vid Helmholtz-Zentrum Berlin och universitetet i Potsdam. Tillsammans med kollegor från Lyon, Brno och Chemnitz, han ville undersöka hur beteendet hos perfekt kristallina FePt -lager skiljer sig från FePt -tunna filmer som används för HAMR -minnen. Dessa består av kristallina nanograiner av staplade monatomiska lager av järn och platina inbäddade i en kolmatris.

Proverna värmdes lokalt och exciterades med två laserpulser i snabb följd och mättes sedan med röntgendiffraktion för att bestämma hur starkt kristallgitteret expanderar eller dras ihop lokalt.

"Vi blev förvånade över att upptäcka att de kontinuerliga kristallina skikten expanderar vid kort uppvärmning med laserljus, medan löst arrangerade nanokorn dras ihop i samma kristallorientering, "förklarar Bargheer." HAMR -dataminnen, å andra sidan, vars nanokorn är inbäddade i en kolmatris och odlas på ett substrat reagerar mycket svagare på laserexcitation:De drar ihop sig något och expanderar sedan något. "

Alexander von Reppert, första författare till studien och Ph.D. student i Bargheers grupp, säger, "Genom dessa experiment med ultrakorte röntgenpulser, vi har kunnat avgöra hur viktig morfologin för sådana tunna filmer är "Hemligheten, han säger, är tvärgående sammandragning, även känd som Poisson -effekten.

"Alla som någonsin har tryckt hårt på ett suddgummi vet detta, "säger Bargheer." Gummit blir tjockare i mitten. "

Reppert tillägger:"Nanopartiklarna kan också göra det, medan det i den perfekta filmen inte finns utrymme för expansion i planet, som måste följa med den centrifugerade sammandragningen vinkelrätt mot filmen. "

Så FePt, inbäddad i en kolmatris, är ett mycket speciellt material. Det har inte bara exceptionellt robusta magnetiska egenskaper. Dess termomekaniska egenskaper förhindrar också att överdriven spänning skapas vid uppvärmning, som skulle förstöra materialet - och det är viktigt för HAMR!