Van kompassen gebruikt in oude overzeese navigatie tot elektrische motoren, sensoren, en actuatoren in auto's, magnetische materialen zijn in de hele menselijke geschiedenis een steunpilaar geweest. In aanvulling, bijna alle informatie die in de hedendaagse samenleving bestaat, is vastgelegd in magnetische media, zoals harde schijven.

Een team van onderzoekers van het Braziliaanse Centrum voor Natuurkundig Onderzoek bestudeert de beweging van vortex-domeinmuren - lokale ladingsgebieden die gezamenlijk informatie opslaan via hun configuratie - aangedreven door magnetische velden in ferromagnetische nanodraden, die in een rechte lijn zijn geconfigureerd met een asymmetrische Y-achtige vertakking. Ze bespreken hun werk in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

De vraag van de groep was:wat gebeurt er met de vortexmuur wanneer deze de tak ontmoet? Verandert het van richting of niet, of kan het in twee muren worden gesplitst?

"Om een ​​simplistische parallel te trekken, als we ons voorstellen dat de vortexmuur een tornado is en de tornado op een rechte weg loopt en een kruispunt tegenkomt, wat gebeurt er nu; kan het in twee tornado's splitsen?" zei Luiz Sampaio, een onderzoeker aan het Braziliaanse Centrum voor Natuurkundig Onderzoek in Rio de Janeiro.

In het algemeen, magnetische velden kunnen worden gebruikt om de magnetisatie van een magnetisch materiaal te veranderen, net zoals een staafmagneet een anders niet-magnetische naainaald kan magnetiseren, en kan in sommige gevallen zelfs de magnetisatie volledig omkeren.

Het proces dat betrokken is bij de omkering van magnetisatie vertoont soms de kiemvorming en beweging van deze domeinwanden, die de overgang vormen tussen twee in verschillende richtingen gemagnetiseerde ladingsgebieden. Beweging van domeinwanden is op grote schaal onderzocht in ferromagnetische nanodraden vanwege hun hoge potentieel voor toepassingen in spintronische apparaten, degenen die de kwantumspin-eigenschappen van elektronen gebruiken.

De controle en manipulatie van deze domeinwanden is cruciaal voor het succesvol realiseren van magnetisch geheugen, logica en sensoren apparaten. Door de nanodraadgeometrie te wijzigen, wetenschappers hopen een betere controle over de beweging van de domeinwand te krijgen en een route uit te stippelen naar het bereiken van betrouwbaarheid bij het schakelen van magnetisatie in ferromagnetische nanodraden. Het team bedacht een onderzoek in twee stappen.

"Eerst, we hebben monsters gefabriceerd met behulp van elektronenstraallithografie, magnetron sputteren en lift-off technieken, " zei Sampaio. Na de fabricage op nanometerschaal, ze maten vervolgens het schakelende magnetisatiegedrag dat werd gemedieerd door de propagatie van de domeinwand.

De tweede stap was het uitvoeren van micromagnetische simulaties om de experimentele resultaten te begeleiden en te interpreteren. "Met deze twee tools konden we de processen van vortex-domeinmuren bij de ingang van het filiaal in detail bestuderen, " hij zei.

Vooruit gaan, het team wil begrijpen of de hoek tussen de nanodraad en de tak het asymmetrische gedrag bij de ingang van de tak kan vergroten. Dit zou de kans vergroten dat er slechts één type vortex-domeinmuur wordt waargenomen, met de klok mee of tegen de klok in. Dit vereist het variëren van de hoeken van de nanodraad met de tak om de vortex-chiraliteit te selecteren.

Het begrijpen van de dynamische aspecten van vortex-domeinmuren opent een route naar een betere controle over hun beweging en traject. Dit kan belangrijk zijn voor het produceren van logische poorten, die kan worden gebaseerd op de beweging van de domeinwand in lijn met dergelijke takken. De magnetisatie in de takken kan in twee verschillende richtingen langs de nanodraad-as worden georiënteerd, waarbij elke richting zou dienen als de "0" en "1" die nodig zijn voor gegevensopslag en -verwerking.

"Om de betrouwbaarheid te bieden die nodig is voor deze toepassingen, een hogere mate van controle in de magnetisatieschakeling is vereist, maar om de efficiëntie van de processen die betrokken zijn bij de magnetisatieomschakeling te verbeteren, de vortex-domeinmuur lijkt een veelbelovende kandidaat, ' zei Sampaio.