Nowatorska technika wytwarzania nanomagnesów

Niemieccy fizycy opracowali nowatorską technikę wytwarzania nanomagnesów polegającą na precyzyjnym sterowaniu położeniem atomów żelaza przy użyciu specjalnej końcówki spinowo spolaryzowanego skaningowego mikroskopu tunelowego. Nanomagnesy mogą być wytwarzane w wielu różnych kształtach, zaś sama końcówka mikroskopu może być również wykorzystywana do pomiaru ich właściwości magnetycznych. Porównanie wyników doświadczalnych z wynikami symulacji komputerowych pozwoliło odkryć pewne odstępstwa mogące wskazywać na nieznane do tej pory efekty magnetyczne w skali atomowej.

„Technika organizacji atomów, którą wykorzystaliśmy w naszej pracy bardzo przypomina budowanie dowolnych obiektów z użyciem klocków LEGO”, powiedział Jens Wiebe z Hamburg University. „Naszymi klockami były atomy żelaza, które ustawialiśmy na bardzo czystej powierzchni miedzi. Każdy atom zachowuje się jak mały magnes mogący wskazywać jeden z dwóch dozwolonych kierunków góra – dół. Wykorzystanie tego zjawiska pozwoliło nam skonstruować magnesy różniące się ułożeniem i konfiguracją atomów”, dodał.

Nanomagnesy – manipulacja atomami przy użyciu mikroskopu SP-STM

Prace badawcze nad opracowaniem tejże techniki były prowadzone przez naukowców z Hamburg University oraz Institute for Advanced Simulation w Jülich, pod kierownictwem Rolanda Wiesendangera. Każdy nanomagnes stworzony został przy użyciu ostrej końcówki spinowo spolaryzowanego skaningowego mikroskopu tunelowego (SP-STM) (ang. spin-polarized scanning tunneling microscope), którą z bardzo dużą precyzją można było umieścić nad atomami żelaza i w ten sposób określić położenie tychże atomów na powierzchni miedzi. Jeżeli końcówka igły znajdowała się wystarczająco blisko pojedynczego atomu, mogła zostać użyta do podniesienia atomu i przeniesienia go w inne miejsce. „W ten sposób byliśmy w stanie budować magnesy atom po atomie, przyjmujące kształt łańcuchów, czy też „kwiatów””, powiedział Wiebe. „Co więcej, dzięki zastosowaniu końcówki mikroskopu pokrytej materiałem magnetycznym, mogliśmy również wyznaczać krzywą magnetyzacji każdego atomu żelaza tworzącego taki nanomagnes”.

Model Isinga kontra dane doświadczalne

Naukowcy porównali wyniki przeprowadzonych doświadczeń z obliczeniami teoretycznymi opartymi o tzw. model Isinga, odkrywając, że przy zastosowaniu słabych pól magnetycznych krzywa magnetyzacji łańcucha atomów żelaza różniła się od tej przewidzianej przez teorię. Jednak przy silniejszych polach, obydwie krzywe nie wykazywały większych odstępstw. „Empirycznie rzecz biorąc, przeciwnie skierowane krzywe uzyskane w przypadku zastosowania słabego pola magnetycznego wskazują albo na obecność dodatkowego pola magnetycznego działającego przeciwnie do zewnętrznego pola magnetycznego albo dodatkowego momentu magnetycznego ustawionego antyferromagnetycznie do atomów żelaza”, powiedział Wiebe.

Źródło występujących anomalii nie jest obecnie znane, jednak wydaje się, że dotyczą one tylko liniowych łańcuchów i raczej nie pojawiają się w przypadku bardziej złożonych struktur (np. „kwiatów”). Zdaniem naukowców, zastosowanie opracowanej przez nich techniki do konstrukcji magnesów składających się z dużo większej liczby atomów, niż magnesy przez nich skonstruowane, mogłoby pomóc rozwiązać niektóre podstawowe zagadnienia dotyczące „szkieł spinowych”, czy też „cieczy spinowych”, będących magnetycznymi stanami określonych materiałów występujących nominalnie w formie stałej.

Obecnie zespół niemieckich fizyków zamierza skonstruować nowe twarde nanomagnesy przy użyciu kombinacji atomów wielu pierwiastków.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com