Этот поразительный результат был опубликован сегодня в журнале Nature Nanotechnology международной группой ученых, работающих в Лондонском центре нанотехнологий (LCN) в UCL (Великобритания), Иберийской лаборатории нанотехнологий (Португалия), Университете Сарагосы (Испания) и Институт физики микроструктуры им. Макса Планка (Германия).
Любой, кто играет с двумя магнитами, может почувствовать, как они отталкиваются или притягиваются друг к другу в зависимости от относительной ориентации их магнитных полюсов. Тот факт, что в данном магните эти полюса лежат в определенном направлении, а не произвольно ориентированы, известен как магнитная анизотропия, и это свойство используется во множестве приложений, начиная от игл компаса и заканчивая жесткими дисками.
«Для« больших »кусков магнитного материала, — подчеркнул д-р Хоакин Фернандес-Россье из INL, — магнитная анизотропия определяется в первую очередь формой магнита. Атомы, образующие магнитный материал, также сами магнитны и, следовательно, обладают собственной магнитной анизотропией. Однако атомы настолько малы, что им вряд ли возможно придать форму, а магнитная анизотропия атома обычно определяется положением и зарядом соседних атомов."
Используя сканирующий туннельный микроскоп, инструмент, способный наблюдать и управлять отдельным атомом на поверхности, исследователи LCN и их коллеги обнаружили новый механизм, который контролирует магнитную анизотропию на атомном уровне.
В своем эксперименте группа исследователей наблюдала резкие изменения магнитной анизотропии отдельных атомов кобальта в зависимости от их расположения на поверхности меди, покрытой атомарно тонким изолирующим слоем нитрида меди.
Эти изменения были коррелированы с большими изменениями интенсивности другого явления — эффекта Кондо, — который возникает из-за электрической связи между магнитным атомом и ближайшим металлом.
С помощью теоретического и вычислительного моделирования, проведенного в Германии и Португалии, исследователи обнаружили, что, помимо обычных структурных механизмов, электронные взаимодействия между металлической подложкой и магнитным атомом также могут играть важную роль в определении магнитной анизотропии.
«Электрический контроль свойства, которое раньше можно было настроить только путем структурных изменений, откроет значительные новые возможности при разработке минимально возможных устройств для обработки информации, хранения данных и считывания», — сказал исследователь LCN д-р Сайрус Хирджибехедин.
В отличие от более традиционных механизмов, этот вклад в магнитную анизотропию можно регулировать электрически, используя тот же процесс, который управляет многими транзисторами, эффект поля.
Эти результаты особенно своевременны, поскольку они поддерживают усилия по поиску систем материалов с большой магнитной анизотропией, свободных от редкоземельных элементов, дефицитных товаров, добыча которых оказывает большое влияние на окружающую среду.