ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Otkriveno novo magnetsko uređenje - rešetka sastavljena od cirkularnih vrtloga

Fizičari istraživačkog centra Juelich su, u suradnji s fizičarima sveučilišta Kiel i Hamburg, u metalnoj foliji otkrili stabilnu magnetsku rešetku sastavljenu od cirkularnih vrtloga. Novootkrivenu magnetsku rešetku odlikuje radijalno spiralno uređenje atomskih spinova, a posebna je i po tome što se može detektirati na površini materijala, umjesto duboko u metalnoj rešetci. Ovakve sićušne strukture bi mogle poslužiti kao osnova za razvoj nove generacije uređaja za pohranu podataka. Magnetske spirale, sastavljene od po 15 atoma, otkrivene su u jednoatomnom sloju željeza nanesenog na bazu od iridija. Članak vezan uz ovo istraživanje objavljen je u novom broju znanstvenog časopisa Nature Physics (DOI: 10.1038/NPHYS2045).

Postojanje ovakve strukture predviđeno je još prije 20 godina, a prvi je put eksperimentalno potvrđeno tek 2009. na tehničkom sveučilištu u Münchenu. U tom su pokusu otkriveni vrtlozi magnetskog polja u manganovom silikatu, ali samo prilikom izlaganja slabom magnetskom polju. Novo magnetsko uređenje, međutim, postoji i bez vanjskog magnetskog polja, a nastaje na površini materijala umjesto duboko u metalnoj rešetci. Promjer ovog polja iznosi svega nekoliko promjera atoma, što ga čini čak red veličine manjim od svih sličnih, dosad otkrivenih, polja.

"Zanimljivo je kako se ove, magnetski stabilne, pojave ponašaju poput čestica jer se, slično atomima, spontano raspoređuju u dvodimenzionalne rešetke", objašnjava prof. Stefan Blügel, ravnatelj instituta Peter Grünberg te Instituta za napredne simulacije u Jülichu. "Jako smo ponosni na ovo otkriće", ističe Blügel. Isti je tim još 2007. godine otkrio novu vrstu magnetskog uređenja u tankom sloju mangana nanesenog na bazu od volframa. Tada su pokazali važnost tzv. Dzyaloshinskii-Moriya međudjelovanja u nastanku valovite strukture magnetskog polja. Isto međudjelovanje nužan je preduvjet nastanka i ovog, spiralnog, magnetskog uređenja.

Spiralno magnetsko uređenje nije otkriveno iz prvog pokušaja. Ne bi li ispitali moguće postojanje novog magnetskog uređenja, znanstvenici su najprije odabrali jednoatomni sloj kroma na bazi od iridija. Početna su ispitivanja bila neuspješna pa su prešli na druge metale. Metodom mikroskopiranja zasnovanog na principu skeniranja tuneliranjem polariziranih spinova, na sveučilištu u Hamburgu ispitana su svojstva željeza i iridija. Tijekom tih ispitivanja otkriveno je pravilno magnetsko uređenje koje je odudaralo od svih dotad poznatih magnetskih struktura na površini metala. "Trenutačno nam je bilo jasno da smo potvrdili postojanje nove vrste magnetske rešetke", ističe Blügel. Rezultati zamršenih proračuna izvršenih na superračunalima istraživačkog centra Jülich, kasnije su potvrdili Blügelovo predviđanje.

Na kraju je dobiven model koji opisuje nastanak spinskog uređenja pomoću tri tipa međudjelovanja: kiralnih Dzyaloshinskii-Moriya međudjelovanja, uobičajenih međudjelovanja spinova i nelinearnih međudjelovanja koja uključuju četiri spina. Ovaj bi model mogao pomoći u selektivnoj aktivaciji površinskih magnetskih struktura. "Sljedeći korak jest proučiti utjecaj elektriciteta na ovakvo magnetsko uređenje, tj. ispitati kako se ponašaju elektronski spinovi u spiralnom magnetskom polju te kako to na kraju utječe na otpor materijala", zaključuje Blügel.

Izvor: Helmholtz Association of German Research Centres 

Podijeli.