De muchas maneras, los imanes siguen siendo misteriosos. Obtienen sus efectos (a menudo poderosos) de las interacciones microscópicas de electrones individuales, y de la interacción entre su comportamiento colectivo a diferentes escalas. Pero si no puede mover estos electrones para estudiar cómo factores como la simetría impactan los efectos magnéticos a mayor escala, ¿Qué puedes hacer tú en su lugar?

Resulta que conjuntos de nanopartículas metálicas, que se pueden organizar cuidadosamente en múltiples escalas de longitud, se comportan como imanes a granel y se muestran intrigantes, comportamiento dependiente de la forma. Los efectos, informó esta semana en el Revista de física aplicada , de AIP Publishing, podría ayudar a mejorar el almacenamiento de información de alta densidad y las tecnologías espintrónicas.

"El trabajo se inspiró en la pregunta [de] cómo la interacción magnética entre nanopartículas influye en el comportamiento magnético del sistema en su conjunto, dado que se utilizan tales estructuras de matriz, por ejemplo, en soportes de almacenamiento de alta densidad, "dijo Alexander Fabian, autor principal del estudio de la Universidad Justus-Liebig de Giessen en Alemania. "Para estudiar la influencia de [la] forma de los conjuntos de nanopartículas, así como la distancia entre ellos, se nos ocurrió la idea de un diseño jerárquico de las muestras donde los parámetros correspondientes se pueden variar de forma sistemática ".

La ronda, Los nanocomponentes metálicos de Fe304 que Fabian y sus colegas utilizaron en su estudio se organizaron para formar diferentes formas en tres escalas de longitud diferentes. Usando litografía por haz de electrones, un método de litografía modernizado que utiliza electrones para escribir la estructura deseada, configuraron las nanopartículas en formas muy compactas, como triángulos, con un lado que mide aproximadamente 10 partículas de longitud. Una cuadrícula con forma de las configuraciones de menor escala, espaciados aproximadamente a una micra de distancia, comprendía la tercera jerarquía de las escalas de longitud.

"Para la preparación de las muestras utilizamos métodos litográficos, que permiten el control preciso de la distancia y la forma de los conjuntos de nanopartículas, "Dijo Fabián." Para cada uno de los tres niveles jerárquicos, hay dos contribuciones, a saber, la parte en forma de rejilla y la parte en forma. La gran cantidad de posibilidades en el diseño de muestras hace que este sea un aspecto desafiante para encontrar sistemas con las propiedades físicas más prometedoras ".

Las formas configuradas en cada (sub) escala se eligieron en función de sus simetrías relativas, para aislar los efectos medidos a su escala dimensional causal.

"Las simetrías de la celosía y las formas se eligieron aquí para no interferir entre sí. Por ejemplo, los conjuntos de forma circular se combinaron con diferentes tipos de celosías, "Dijo Fabián." Ensambles de diferentes formas, como triángulos, cuadrados o círculos, exhiben una dependencia del ángulo de la anisotropía magnética (dependencia de la dirección) correspondiente a la forma del conjunto ".

Con estos ingeniosos diseños, el grupo pudo demostrar un imán a gran escala, construido a partir de la nanopartícula hacia arriba. Aunque sus estructuras actuaban como ferromagnetos a granel, las medidas precisas los sorprendieron.

"Nuestros resultados muestran que en las escalas de longitud elegidas, solo la forma de los conjuntos influye en el comportamiento magnético, revelando que los ensamblajes de nanopartículas se comportan como un solo ferromagnet a granel ", dijo Fabian." Lo más sorprendente fue que las partículas parecen comportarse como un ferromagnet a granel, pero con un valor de magnetización diferente al del material a granel, que es un punto interesante para futuras investigaciones ".

Experimentos como estos pueden ofrecer conocimiento fundamental de las últimas tecnologías dependientes del magnetismo, que constituyen gran parte del mercado de la electrónica. Pero más fundamentalmente, Estos enfoques nanoscópicos de abajo hacia arriba están demostrando medios controlables para sondear las fibras fundamentales que comprenden propiedades electromagnéticas colectivas y a granel.

"Desde un punto de vista fundamental, Es muy interesante investigar nano sistemas como nanopartículas. Dado que se pueden fabricar de una manera muy controlada, también pueden estudiarse con un enfoque sistemático. Propiedades de las nanopartículas distintas a las de la masa, o incluso nuevas propiedades como el superparamagnetismo, en nanopartículas las hacen también interesantes para la investigación fundamental ".