Написано AZoNano 13 ноября 2019 года [19459][1945

Исследовательская группа работала над созданием инженерных магнитных наноструктур и для настройки свойств материалов в наноразмерном масштабе. В состав группы входят физики из Гельмгольца-Центра Дрездена-Россендорфа (HZDR) – немецкого исследовательского центра – и сотрудники из Университета Глазго и Дрезденского института твердых материалов и материалов им. Лейбница (IFW).

$

Для достижения этой цели исследователи использовали уникальный микроскоп в Центре ионного пучка HZDR. Ультратонкий ионный пучок этого микроскопа может создавать стабильные и периодически собираемые наномагниты в материале образца. Кроме того, микроскоп можно использовать для улучшения магнитных характеристик углеродных нанотрубок. В настоящее время ученые сообщили о своих результатах в двух статьях, опубликованных в Small журнале.

« Магнитная настройка материалов в нанометровом диапазоне предлагает большой потенциал для производства самых современных электронных компонентов. Мы применяем различные подходы в отношении наших магнитных наноструктур, каждый из которых включает использование ионных пучков », – заявили д-р Рантей Бали, д-р Килиан Ленц и д-р Грегор Хлавачек, все исследователи из HZDR.

Например, фокусировка ионного пучка на неферромагнитном железо-алюминиевом сплаве может выбить несколько сотен атомов. Сплав содержит атомы, которые впоследствии переставляют и таким образом увеличивают количество соседних магнитных атомов железа. Следовательно, магнит создается в зоне обстрела.

Этот метод позволил ученым встраивать наномагниты локально в тонкие пленки материала; этот материал изначально был неферромагнитным.

Беспорядок приводит к включению наномагнетиков

Исследователи HZDR продемонстрировали в своем последнем исследовании, что беспорядок, вызванный ионным пучком, также увеличивает объем базовой структуры решетки, хотя неравномерно во всех пространственных направлениях. Кроме того, магнитное поведение также зависит от искажения решетки.

Например, ожидается, что намагниченность в удлиненной магнитной полосе будет выравниваться вдоль длинной оси, как это обычно происходит в традиционном стержневом магните. Но поскольку встроенные наномагниты имеют искажение решетки, поперечные компоненты намагниченности также видны.

Общее влияние заключается в том, что магнитные моменты могут «изгибаться» от длины магнита периодически. Эти магнитные домены стабильны и периодически расположены, а также могут быть надежно сформированы в изогнутых магнитах. Например, они могут найти применение в крошечных магнитных датчиках.

Физики использовали благородные газы в гелиево-ионном микроскопе HZDR для создания очень тонких и, следовательно, чрезвычайно точных ионных пучков.

Диаметр нашего ионного пучка составляет всего несколько атомов в ширину. В зависимости от того, какой благородный газ используется, мы можем затем изменить свойства облученного материала или изменить его морфологию, удалив атомы .

Доктор Грегор Хлавачек, исследователь, HZDR

Хлавачек руководит экспериментами на гелиево-ионном микроскопе.

Несмотря на свое название, гелиево-ионный микроскоп не ограничивается одним гелием. В своих недавних экспериментах ученые использовали неон, который, как известно, тяжелее гелия и оказывает более сильное влияние на материал, подлежащий изменению.

Кроме того, сотрудничество с Университетом Глазго позволило команде HZDR использовать просвечивающий электронный микроскоп, расположенный на кафедре физики материалов и конденсированных сред.

Эксперименты, выполненные Рантехом Бали, включали использование неонового пучка ионов в качестве магнитного пишущего стилуса.

Ионный пучок позволяет создавать магнитные наноструктуры любой формы или формы, которые встроены в материал и определяются исключительно их магнитными и кристаллографическими свойствами .

Доктор Рантей Бали, научный сотрудник, HZDR

Доктор Бали подвел итоги своего более раннего исследования, проведенного в HZDR в рамках проекта DFG.

Использование неоновых ионов для обрезки материалов

С другой стороны, Килиан Ленц применяет технику манипулирования сфокусированным ионным пучком, чтобы улучшить предпочтительные характеристики материала путем изменения формы самой наноструктуры. Диаметр неонового ионного пучка составляет всего 2 нм. На месте бомбардировки неровности материала или просто края материала устраняются в равном измерении.

« Мы исследуем это, используя углеродные нанотрубки, содержащие почти цилиндрическое железо-магнитное ядро. Структуру и геометрию этих нанотрубок можно оптимизировать путем подстройки в гелиево-ионном микроскопе », – сказал Ленц, объясняя процесс.

С помощью микроманипулятора отдельную трубку длиной 10 мкм и диаметром 70 нм отделяют и помещают в микрорезонатор для измерения.

Это чрезвычайно сложный процесс, который разработала для нас команда Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница Дрездена .

Доктор Килиан Ленц, исследователь, HZDR

Необычная комбинация разрезов, использующая сфокусированный ионный пучок, а также измерения ферромагнитного резонанса железного ядра, позволяет ученым пролить свет на почти идеальную магнитную структуру, чтобы раскрыть характеристики железного ядра в нанотрубке. Исследователи возглавлял Ленц.

Такие методы для целенаправленного манипулирования свойствами наномагнитных материалов с использованием сфокусированных ионных пучков будут и дальше изучаться в Институте физики ионных пучков и материаловедения ГЗДР в ближайшие дни.

По словам исследователей, их техника и модифицированные материалы, которые она создает, имеют потенциал для развития спинтронных применений и помощи в производстве новых сенсорных устройств или носителей информации.

Источник: https://www.hzdr.de/