Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hebben een nieuwe benadering voor het vervaardigen van spinkleppen getest. Met behulp van ionenstralen, de onderzoekers zijn erin geslaagd een ijzer-aluminiumlegering zo te structureren dat het materiaal op nanometerschaal wordt onderverdeeld in individueel magnetiseerbare gebieden. De geprepareerde legering kan dus als spinventiel fungeren, die van groot belang is als kandidaat-component voor gebruik in spintronica. Deze technologie gebruikt niet alleen elektronenlading voor het opslaan en verwerken van informatie, het put ook uit zijn inherente magnetische eigenschappen (dat wil zeggen, zijn draai). Spintronics heeft een groot potentieel voor magnetische opslagmedia. Bijvoorbeeld, met magnetische random access-geheugens hoeft de tijdrovende opstartfase van een computer misschien niet langer een probleem te zijn, want dan zou hij operationeel zijn zodra hij wordt ingeschakeld.

Typisch, een spinklep is opgebouwd uit opeenvolgende niet-magnetische en ferromagnetische lagen. Deze gelaagdheid is een zeer ingewikkeld proces en het is een grote uitdaging om deze componenten op een betrouwbare manier op elkaar te laten aansluiten. Daarom pakken HZDR-onderzoeker dr. Rantej Bali en zijn collega's het heel anders aan. "We hebben structuren gebouwd met een laterale spinklepgeometrie waarbij de verschillende magnetische regio's naast elkaar zijn georganiseerd in plaats van in lagen op elkaar, " legt Bali uit. Het idee achter deze nieuwe geometrie is om parallel werken op grotere oppervlakken mogelijk te maken en tegelijkertijd de fabricagekosten laag te houden.

Eerst, de wetenschappers gloeiden een dunne laag van een ijzeraluminiumlegering (Fe60Al40) bij 500 graden C. Dit resulteerde in de vorming van een sterk geordende structuur, waar elke andere atoomlaag uitsluitend uit ijzeratomen bestond. Volgens de verwachtingen van de onderzoekers deze stof gedroeg zich als een paramagnetisch materiaal - met andere woorden, de magnetische momenten werden verstoord. Na dit, de wetenschappers bedekten de legering met een beschermende polymeerresist zodat een gestreept patroon op het oppervlak werd geproduceerd. De resistvrije gebieden waren afwisselend 2 en 0,5 micrometer breed, en cruciaal, werden van elkaar gescheiden door 40 nanometer brede stroken resist.

Volgende, het materiaal werd bestraald met neonionen in het Ion Beam Center van de HZDR – met belangrijke gevolgen. De wetenschappers konden aantonen dat het bestraalde materiaal zeer interessante eigenschappen vertoont. Onder de beschermende resiststrips, het materiaal blijft paramagnetisch terwijl de resistente smalle en brede strepen in feite ferromagnetisch worden. "Een spinklep wordt geschakeld via het magnetische veld. Het veranderen van de uitlijning van de spins - parallel of antiparallel - verandert de elektrische weerstand. We zijn geïnteresseerd in de omvang van het effect, ", zegt Bali. Een extern aangelegd magnetisch veld lijnt de spins binnen deze regio's uit. Afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld, ze kunnen worden aangepast om parallel of antiparallel te lopen. Deze magnetisatie is permanent en gaat niet verloren als het buitenveld wordt uitgeschakeld.

De reden voor dit gedrag ligt in het feit dat de ionenbundel de structuur van de legering verandert. "De ionen vernietigen de sterk geordende structuur van de ijzerlagen. Ze slaan de atomen uit hun positie en andere atomen nemen hun plaats in, en, als resultaat, de ijzer- en aluminiumatomen worden willekeurig verdeeld, " legt Sebastian Wintz uit, een doctoraat student die deel uitmaakte van het team van onderzoekers. Een kleine dosis ionen is voldoende om dit tikkertje op atomair niveau te spelen. Wintz typeert het proces als volgt:"Het is een cascade, Echt. Een enkel ion kan tot 100 atomen verplaatsen." De gebieden onder het polymeer zijn bestand tegen strepen, anderzijds, zijn ondoordringbaar voor de ionen - daarom blijven deze gebieden paramagnetisch en scheiden de ferromagnetische strepen.

Samenwerking met het Helmholtz Center Berlin Nauwe samenwerking met onderzoekers van het Helmholtz Center Berlin (HZB), de HZDR-wetenschappers waren in staat om de magnetische structuur van het materiaal te visualiseren met behulp van de speciale SPEEM (spin-resolved photoemission microscope) in de BESSY II-synchrotron van de HZB. De microscopische beelden toonden het bestaan ​​van gebieden met paramagnetische en ferromagnetische orde die het hoge niveau van ruimtelijke resolutie aantonen dat kan worden gerealiseerd door het structureringsproces met behulp van ionenbundels.

Aanvullende experimenten zullen Rantej Bali en zijn collega's in staat stellen de eigenschappen van deze magnetisch gestructureerde materialen te onderzoeken. De onderzoekers proberen ook de grenzen te achterhalen van de miniaturisatie van magnetische nanostructuren.