Atomy kobaltu překvapují vědce

Nové možnosti pro budoucí výpočetní techniku?

Obrázek ukazuje řetězec šesti atomů kobaltu vytvořený laterální manipulací s tunelovým hrotem. Jednotlivé atomy kobaltu se magneticky spojují s dalšími atomy manganu v substrátu. Tvar atomů měřených magnetickou špičkou závisí na směru jejich rotace (šipky), které se mění z atomu na atom asi o 42 °. Experiment byl prováděn ve velmi vysokém vakuu při T = 10 Kelvinů. (Oblast obrazu: asi 8 nanometrů x 5 nanometrů). © A. Kubetzka / SFB 668, Univerzita v Hamburku
číst nahlas

Jak uvádí časopis „Nature Nanotechnology“, mezinárodní výzkumný tým vytvořil řetězec atomů kobaltu pomocí skenovacího tunelového mikroskopu a studoval jejich magnetické vlastnosti. Měření překvapivě ukazují, že pozorovaný tvar atomů závisí na jejich magnetické orientaci - účinku, který by mohli vědci Kiel následně vysvětlit.

Nová studie je první na světě, která kombinuje citlivost spinu - „točení“ - magnetické momenty elektronů - s technikou manipulace s atomy, což otevírá nové možnosti pro zkoumání magnetismu uměle vytvořených atomových struktur.

Magnetismus je jedním z nejstarších známých fyzikálních jevů a přesto jedním z nejzajímavějších oborů výzkumu. Nové měřicí techniky umožňují nahlédnout do základních interakcí, které určují vlastnosti magnetických struktur na atomové stupnici. Hnací silou je touha po vyšší hustotě na pevných discích počítače as tím spojená miniaturizace čitelných a čitelných informačních jednotek.

Digitální abeceda

Digitální abeceda se skládá pouze ze dvou znaků „0“ a „1“, což je ideální pro magnetické kódování na severním a jižním pólu. Na současných pevných discích si lze představit nejmenší datové jednotky - bity - jako malé jehly kompasu: V závislosti na tom, zda směr magnetizace směřuje na sever nebo na jih, mohou datové bity nabývat hodnot „0“ nebo „1“. Čtecí / zapisovací hlava pevného disku může libovolně zarovnat bity na severní nebo jižní pól nebo jednoduše zjistit jejich orientaci.

Konečným cílem je uložit jeden bit jako směr magnetizace jednoho atomu. S touto miniaturizací však existují dva základní problémy: Za prvé, energetická bariéra mezi stavy "0" a "1" se zmenšuje s velikostí struktury, takže tepelné fluktuace mohou vést ke ztrátě dat. Na druhé straně lze magnetické vlastnosti atomových struktur jen stěží předvídat: jediný magnetický atom se nechová jako magnet, který drží poznámku k lednici. zobrazit

Spirála atomů manganu

V experimentech prováděných na univerzitě v Hamburku byly nyní atomy kobaltu aplikovány na povrch manganu. Atomy manganu se uspořádají magneticky ve formě spirály. Tento povrch byl vybrán ze dvou důvodů: Tepelné fluktuace magnetických momentů („spinů“) atomů kobaltu jsou potlačeny tzv. Výměnnou vazbou a atomy kobaltu mají také povrch manganu Jedná se o předem určené lokálně se měnící směry otáčení, což umožňuje systematické zkoumání.

Jako měřicí techniku ​​vědci použili tzv. Rotačně polarizovanou skenovací tunelovací mikroskopii (SP-RTM). Magnetický hrot snímá povrchovou plochu ve vzdálenosti několika desetin nanometru. Naměřený proud v tunelu umožňuje zobrazení hustoty elektronů a lokálního spinu s extrémně vysokým prostorovým rozlišením. Podle vědců je překvapivě nejen měřená výška atomů kobaltu, ale také jejich tvar v SP-RTM obrazu závislý na směru otáčení.

Zaměření směru otáčení

Teoretické fyziky křesťansko-Albrechts-Universit t zu Kiel pomocí výpočtů elektronické struktury bez parametrů ukázaly, že za to jsou zodpovědné rotačně závislé orbitální symetrie kobaltových elektronů. To má za následek, že každému Spinrichtungu lze přiřadit specifický tvar, a proto je na jeden atom v zásadě možné číst více než jeden bit.

Díky odborné znalosti v oblasti atomové manipulace, která byla přivezena do Hamburku jako součást hostujícího profesorství z Ohia (USA), byli vědci schopni experimentovat ještě o krok dál: Atomy kobaltu mohou být libovolně umístěny špičkou skenovacího tunelového mikroskopu a vyrovnat jejich rotaci rovnoběžně s nejbližšími sousedními atomy povrchu manganu. V důsledku toho lze specificky upravit směr otáčení jednotlivých atomů.

Kombinace citlivosti na spinu a atomové manipulace, která byla poprvé prokázána v této studii, otevírá nové perspektivy v produkci a charakterizaci atomových magnetických struktur, tvrdí vědci v „Nature Nanotechnology“.

(idw - Univerzita v Hamburku, 04.05.2010 - DLO)