En colaboración con colegas del Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido de Dresde (IFW) y la Universidad de Glasgow, Los físicos del centro de investigación alemán Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) están trabajando para producir nanoestructuras magnéticas diseñadas y adaptar las propiedades de los materiales a nanoescala. Los científicos utilizan un microscopio especial en el HZDR Ion Beam Center para lograr este objetivo. El haz de iones ultrafino de este microscopio es capaz de producir nanoimanes dispuestos periódicamente en un material de muestra. El dispositivo también se puede utilizar para optimizar las propiedades magnéticas de los nanotubos de carbono. Los investigadores ahora informan sus hallazgos en dos artículos que se han publicado en Pequeña .

"El ajuste magnético de materiales en el rango nanométrico ofrece un gran potencial para la producción de componentes electrónicos de última generación. Seguimos varios enfoques con respecto a nuestras nanoestructuras magnéticas, todo lo cual implica el uso de haces de iones, "declaró el Dr. Rantej Bali, investigador del HZDR, Dr. Kilian Lenz y Dr. Gregor Hlawacek. Si, por ejemplo, un haz de iones se dirige a una aleación de hierro y aluminio no ferromagnética, puede desplazar algunos cientos de átomos. Los átomos de la aleación luego se reorganizan, aumentando así el número de átomos de hierro magnéticos adyacentes. Como resultado, se forma un imán en las proximidades del lugar del bombardeo. Este enfoque permitió a los investigadores grabar nanoimanes localmente en películas delgadas de un material que originalmente no era ferromagnético.

El trastorno induce la incorporación de nanoimanes

En su último trabajo, Los científicos del HZDR demuestran que el trastorno inducido por haces de iones también aumenta el volumen de la estructura reticular subyacente. aunque no de manera uniforme en todas las direcciones espaciales. La distorsión de la red también afecta el comportamiento magnético. Por ejemplo, en una banda magnética alargada, Se espera que la magnetización se alinee a lo largo del eje largo, como suele ser el caso en un imán de barra convencional. Sin embargo, debido a la distorsión de la red en los nanoimanes incrustados, También se observan componentes de magnetización transversal. El efecto neto es que los momentos magnéticos tienden a "doblarse" lejos de la longitud del imán de forma periódica. Estos estables, Los dominios magnéticos periódicos también se pueden formar de manera confiable en imanes curvos, y puede encontrar aplicaciones en sensores magnéticos miniaturizados, por ejemplo.

En el microscopio de iones de helio HZDR, los físicos utilizaron gases nobles para producir haces de iones extremadamente delgados y, por lo tanto, muy precisos. "El diámetro de nuestro haz de iones es de unos pocos átomos de ancho, "explicó Gregor Hlawacek, quien coordina los experimentos en el microscopio de iones de helio. "Según el gas noble que se utilice, entonces podemos modificar las propiedades del material irradiado o cambiar su morfología eliminando átomos ". A pesar de su nombre, el microscopio de iones de helio no solo se limita al uso de helio. En sus últimos experimentos, los investigadores usaron neón, que es más pesado que el helio, y por tanto tiene un impacto más fuerte en el material a modificar. La cooperación con la Universidad de Glasgow también permitió a los científicos del HZDR utilizar el microscopio electrónico de transmisión ubicado en su Cátedra de Física de Materiales y Materia Condensada.

Los experimentos de Rantej Bali implicaron el uso de un haz de iones de neón como lápiz magnético para escribir:"El haz de iones permite producir nanoestructuras magnéticas en cualquier forma o forma, que están incrustados en el material y definidos únicamente por sus propiedades magnéticas y cristalográficas, "declaró Bali, resumiendo los resultados de su investigación anterior, realizado en el HZDR dentro de un proyecto DFG.

Usar iones de neón para recortar materiales

Kilian Lenz, por otra parte, utiliza el método de manipulación de haz de iones enfocado para optimizar las propiedades deseables del material cambiando la geometría de la propia nanoestructura. El haz de iones de neón utilizado tiene un diámetro de solo dos nanómetros. En el lugar del bombardeo, irregularidades en el material, o simplemente bordes de material, se eliminan en igual dimensión. "Examinamos esto usando nanotubos de carbono que contienen un núcleo de hierro magnético casi cilíndrico. La estructura y geometría de estos nanotubos se pueden optimizar recortando en el microscopio de iones de helio, "declaró Lenz, describiendo el proceso.

Se utiliza un micromanipulador para separar un solo tubo, con un diámetro de 70 nanómetros y una longitud de 10 micrómetros, y colocarlo en un microrresonador para su medición. "Es un proceso extremadamente elaborado que el equipo del Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido de Dresde ha desarrollado para nosotros, ", explicó Lenz. La combinación única de cortes que utilizan el haz de iones enfocado y las mediciones de la resonancia ferromagnética del núcleo de hierro permite a los investigadores, dirigido por Lenz, para arrojar luz sobre una estructura magnética casi perfecta para revelar las propiedades del núcleo de hierro en el nanotubo.

Dichos métodos para la manipulación dirigida de las propiedades de los materiales nanomagnéticos utilizando haces de iones enfocados continuarán siendo explorados en el futuro en el Instituto de Investigación de Materiales y Física de Rayos de Iones del HZDR. Los científicos creen que su método y los materiales sintonizados que produce tienen el potencial de lograr avances en las aplicaciones espintrónicas y en la fabricación de dispositivos de detección o medios de almacenamiento innovadores.