Wetenschap
Onderzoekers van Argonne hebben een manier ontdekt om de richting van de elektronenspin in een kobalt-ijzerlegering te regelen. invloed op de magnetische eigenschappen. Het resultaat kan gevolgen hebben voor krachtigere en energiezuinigere materialen voor informatieopslag. Krediet:Argonne National Laboratory
Wetenschappers vinden een verrassende manier om de eigenschappen van informatieopslag in metaallegeringen te beïnvloeden.
Soms zijn er wetenschappelijke ontdekkingen te vinden langs platgetreden paden. Dat bleek het geval te zijn voor een materiaal van een kobalt-ijzerlegering dat vaak wordt aangetroffen in harde schijven.
Zoals gemeld in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven , onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), samen met Oakland University in Michigan en Fudan University in China, hebben een verrassend kwantumeffect gevonden in deze legering.
Het effect omvat het vermogen om de richting van de elektronenspin te regelen, en het zou wetenschappers in staat kunnen stellen krachtigere en energie-efficiëntere materialen te ontwikkelen voor informatieopslag. Door de spinrichting van het elektron in een materiaal te veranderen, de onderzoekers waren in staat om de magnetische toestand te veranderen. Deze grotere controle van magnetisatie maakt het mogelijk om meer informatie op te slaan en op te halen in een kleinere ruimte. Meer controle kan ook extra toepassingen opleveren, zoals energiezuinigere elektromotoren, generatoren en magnetische lagers.
Het effect dat de onderzoekers ontdekten heeft te maken met "demping, " waarin de richting van de elektronenspin bepaalt hoe het materiaal energie dissipeert. "Als je met je auto over een vlakke snelweg rijdt zonder wind, de dissiperende energie van weerstand is hetzelfde, ongeacht de richting waarin je reist, " zei Argonne materiaalwetenschapper Olle Heinonen, een auteur van de studie. "Met het effect dat we ontdekten, het is alsof je auto meer weerstand ondervindt als je van noord naar zuid rijdt dan wanneer je van oost naar west rijdt."
"In technische termen we ontdekten een aanzienlijk effect van magnetische demping in lagen kobalt-ijzerlegering op nanoschaal die aan één kant van een magnesiumoxide-substraat zijn gecoat, " voegde Argonne materiaalwetenschapper Axel Hoffmann toe, een andere auteur van de studie. "Door de elektronenspin te regelen, magnetische demping bepaalt de snelheid van energiedissipatie, controlerende aspecten van de magnetisatie."
De ontdekking van het team bleek vooral verrassend omdat de kobalt-ijzerlegering al tientallen jaren op grote schaal werd gebruikt in toepassingen zoals magnetische harde schijven, en de eigenschappen ervan zijn grondig onderzocht. Het was conventionele wijsheid dat dit materiaal geen voorkeursrichting had voor elektronenspin en dus magnetisatie.
Vroeger, echter, wetenschappers maakten de legering klaar voor gebruik door deze op hoge temperatuur te "bakken", die de rangschikking van de kobalt- en ijzeratomen in een regelmatig rooster ordent, waardoor het richtingseffect wordt geëlimineerd. Het team observeerde het effect door ongebakken kobalt-ijzerlegeringen te onderzoeken, waarin kobalt- en ijzeratomen willekeurig elkaars plaatsen kunnen bezetten.
Het team was ook in staat om de onderliggende fysica uit te leggen. In een kristalstructuur, atomen zitten normaal gesproken op perfect regelmatige intervallen in een symmetrische opstelling. In de kristalstructuur van bepaalde legeringen, er zijn kleine verschillen in de scheiding tussen atomen die door het bakproces kunnen worden verwijderd; deze verschillen blijven in een 'ongebakken' materiaal.
Door zo'n materiaal op atomair niveau samen te drukken, verandert de scheiding van de atomen verder, wat resulteert in verschillende interacties tussen atomaire spins in de kristallijne omgeving. Dit verschil verklaart hoe het dempende effect op magnetisatie in sommige richtingen groot is, en klein in andere.
Het resultaat is dat zeer kleine vervormingen in de atomaire rangschikking binnen de kristallijne structuur van kobalt-ijzerlegeringen enorme gevolgen hebben voor het dempende effect. Het team voerde berekeningen uit bij de Argonne Leadership Computing Facility, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, die hun experimentele waarnemingen bevestigden.
Het werk van de onderzoekers verschijnt in de online editie van 21 maart van Fysieke beoordelingsbrieven en is gerechtigd, "Reusachtige anisotropie van Gilbert-demping in epitaxiale CoFe-films."
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com