Los investigadores de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han probado un nuevo enfoque para fabricar válvulas giratorias. Usando haces de iones, los investigadores han logrado estructurar una aleación de hierro y aluminio de tal manera que se subdivide el material en regiones magnetizables individualmente a escala nanométrica. De este modo, la aleación preparada puede funcionar como válvula de giro, que es de gran interés como componente candidato para su uso en espintrónica. Esta tecnología no solo utiliza la carga electrónica para fines de almacenamiento y procesamiento de información, también se basa en sus propiedades magnéticas inherentes (es decir, su giro). La espintrónica tiene un gran potencial para los medios de almacenamiento magnéticos. Por ejemplo, con las memorias magnéticas de acceso aleatorio, la lenta fase de puesta en marcha de una computadora puede dejar de ser un problema, ya que en ese caso estaría operativa tan pronto como se encienda.

Típicamente, una válvula de giro está formada por capas sucesivas no magnéticas y ferromagnéticas. Esta estratificación es un proceso muy complicado y lograr que estos componentes se conecten de manera confiable presenta un gran desafío. Esta es la razón por la que el investigador de HZDR, el Dr. Rantej Bali, y sus colegas están adoptando un enfoque completamente diferente. "Hemos construido estructuras con geometría de válvula de giro lateral donde las diferentes regiones magnéticas se organizan una al lado de la otra en lugar de en capas una encima de la otra, "explica Bali. La idea detrás de esta nueva geometría es facilitar el trabajo en paralelo en superficies más grandes mientras se mantienen bajos los costos de fabricación.

Primero, los científicos recocieron una capa delgada de una aleación de hierro y aluminio (Fe60Al40) a 500 grados C. Esto resultó en la formación de una estructura muy ordenada, donde todas las demás capas atómicas estaban formadas exclusivamente por átomos de hierro. Según las expectativas de los investigadores, esta sustancia se comportó como un material paramagnético, en otras palabras, los momentos magnéticos se volvieron desordenados. Después de este, los científicos recubrieron la aleación con una capa protectora de polímero de modo que se produjo un patrón de rayas en su superficie. Las regiones libres de resistencia tenían alternativamente 2 y 0,5 micrómetros de ancho, y de manera crucial, se separaron entre sí por tiras de resist de 40 nanómetros de ancho.

Próximo, el material fue irradiado con iones de neón en el Ion Beam Center del HZDR, con importantes consecuencias. Los científicos pudieron demostrar que el material irradiado presenta propiedades muy interesantes. Debajo de las tiras protectoras resistentes, el material permanece paramagnético mientras que las franjas anchas y estrechas sin resistencia se vuelven ferromagnéticas. "Una válvula de giro se conmuta a través del campo magnético. Cambiar la alineación de los espines, en paralelo o en antiparalelo, cambia la resistencia eléctrica. Estamos interesados ​​en la magnitud del efecto, "dice Bali. Un campo magnético aplicado externamente alinea los espines dentro de estas regiones. Dependiendo de la fuerza del campo magnético, se pueden ajustar para que se ejecuten en paralelo o en antiparalelo. Esta magnetización es permanente y no se pierde si se apaga el campo exterior.

La razón de este comportamiento radica en el hecho de que el haz de iones cambia la estructura de la aleación. “Los iones destruyen la estructura altamente ordenada de las capas de hierro. Sacan a los átomos de su posición y otros átomos toman su lugar, y, como resultado, los átomos de hierro y aluminio se distribuyen aleatoriamente, "explica Sebastian Wintz, un doctorado estudiante que formó parte del equipo de investigadores. Una pequeña dosis de iones es suficiente para jugar este juego de etiqueta de nivel atómico. Wintz caracteriza el proceso de la siguiente manera:"Es una cascada, De Verdad. Un solo ion es capaz de desplazar hasta 100 átomos ". Las regiones debajo del polímero resisten las rayas, por otra parte, son impenetrables a los iones, razón por la cual estas regiones permanecen paramagnéticas y separan las franjas ferromagnéticas.

Colaboración con el Centro Helmholtz de Berlín Trabajando en estrecha colaboración con investigadores del Centro Helmholtz de Berlín (HZB), Los científicos del HZDR pudieron visualizar la estructura magnética del material utilizando el SPEEM (microscopio de fotoemisión resuelto por espín) especial en el sincrotrón BESSY II del HZB. Las imágenes microscópicas mostraron la existencia de regiones con orden paramagnético y ferromagnético demostrando el alto nivel de resolución espacial que se puede lograr mediante el proceso de estructuración mediante haces de iones.

Experimentos adicionales permitirán a Rantej Bali y sus colegas investigar las propiedades de estos materiales estructurados magnéticamente. Los investigadores también están tratando de descubrir los límites de la miniaturización de nanoestructuras magnéticas.