La última generación de discos duros magnéticos está hecha de películas delgadas magnéticas, que son materiales invar. Permiten una densidad de almacenamiento de datos extremadamente robusta y alta mediante el calentamiento local de nanodominios ultrapequeños con un láser, lo que se denomina grabación magnética asistida por calor. o HAMR. El volumen en tales materiales invar apenas se expande a pesar del calentamiento. Un material tecnológicamente relevante para tales memorias de datos HAMR son las películas delgadas de nanogranos de hierro y platino. Un equipo internacional dirigido por el grupo de investigación conjunto del Prof.Dr. Matias Bargheer en HZB y la Universidad de Potsdam ahora ha observado experimentalmente por primera vez cómo una interacción especial espín-celosía en estas películas delgadas de hierro-platino cancela la expansión térmica. de la celosía de cristal.

En equilibrio térmico, El hierro-platino (FePt) pertenece a la clase de materiales invar, que apenas se expanden cuando se calientan. Este fenómeno se observó ya en 1897 en la aleación de níquel-hierro "Invar, "pero solo en los últimos años los expertos han podido comprender qué mecanismos lo impulsan:normalmente, El calentamiento de sólidos conduce a vibraciones reticulares que causan expansión porque los átomos que vibran necesitan más espacio. Asombrosamente, sin embargo, calentar los giros en FePt conduce al efecto opuesto:cuanto más cálidos son los giros, cuanto más se contrae el material en la dirección de magnetización. El resultado es la propiedad conocida de Invar:expansión mínima.

Un equipo dirigido por el profesor Matias Bargheer ha comparado experimentalmente este fascinante fenómeno por primera vez en diferentes películas delgadas de hierro y platino. Bargheer dirige un grupo de investigación conjunto en Helmholtz-Zentrum Berlin y la Universidad de Potsdam. Junto con colegas de Lyon, Brno y Chemnitz, Quería investigar cómo el comportamiento de las capas de FePt perfectamente cristalinas difiere de las películas delgadas de FePt utilizadas para las memorias HAMR. Estos consisten en nanogranos cristalinos de capas monoatómicas apiladas de hierro y platino incrustadas en una matriz de carbono.

Las muestras se calentaron y excitaron localmente con dos pulsos de láser en rápida sucesión y luego se midieron mediante difracción de rayos X para determinar con qué fuerza se expande o contrae localmente la red cristalina.

"Nos sorprendió descubrir que las capas cristalinas continuas se expanden cuando se calientan brevemente con luz láser, mientras que los nanogranos sueltos se contraen en la misma orientación cristalina, "explica Bargheer." Las memorias de datos HAMR, por otra parte, cuyos nanogranos están incrustados en una matriz de carbono y cultivados en un sustrato reaccionan mucho más débilmente a la excitación del láser:primero se contraen ligeramente y luego se expanden ligeramente ".

Alexander von Reppert, primer autor del estudio y Ph.D. estudiante en el grupo de Bargheer, dice, "A través de estos experimentos con pulsos de rayos X ultracortos, hemos podido determinar la importancia de la morfología de películas tan delgadas "El secreto, él dice, es la contracción transversal, también conocido como efecto Poisson.

"Todos los que alguna vez presionaron con firmeza un borrador saben esto:"dice Bargheer." La goma se vuelve más gruesa en el medio ".

Reppert agrega:"Las nanopartículas también pueden hacer eso, mientras que en la película perfecta no hay espacio para la expansión en el plano, que tendría que ir junto con la contracción impulsada por el giro perpendicular a la película ".

Así que FePt, incrustado en una matriz de carbono, es un material muy especial. No solo tiene propiedades magnéticas excepcionalmente robustas. Sus propiedades termomecánicas también evitan que se cree una tensión excesiva cuando se calienta, lo que destruiría el material, ¡y eso es importante para HAMR!