Een team van internationale wetenschappers onder leiding van onderzoekers van het CUNY Advanced Science Research Center (ASRC) en de Politecnico van Milaan in Italië heeft een nieuwe benadering aangetoond voor het ontwerpen van volledig herconfigureerbare magnetische nanopatronen waarvan de eigenschappen en functionaliteit on-demand kunnen worden geprogrammeerd en opnieuw geprogrammeerd.

De methode—gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie en geleid door Elisa Riedo, Hoogleraar natuurkunde bij het ASRC's Nanoscience Initiative, en Riccardo Bertacco, een professor aan de Politenico van Milaan - is gebaseerd op lithografie van thermische scanningsondes en gebruikt een hete nanotip om een ​​sterk gelokaliseerd veld te verwarmen en af ​​te koelen in antiferromagnetische en ferromagnetische dunne films. De hete punt wordt vervolgens gebruikt om de spins in het materiaal in elke gewenste richting uit te lijnen met resolutie op nanoschaal.

"De voorgestelde techniek is eenvoudig en combineert de volledige omkeerbaarheid en stabiliteit van uitwisselingsbias, omdat hetzelfde patroon vele malen kan worden geschreven en gereset, met de resolutie en veelzijdigheid van scanning probe lithografie, " zei Riedo. "In het bijzonder, dit werk laat zien hoe lithografie van thermische scanningsondes aan kracht wint als een belangrijke nanofabricagemethode voor de volgende generatie nanodevices, van biomedische detectie tot sprinttronica."

Deze aanpak biedt onderzoekers de mogelijkheid om magnetisme op nanoschaal te beheersen als nooit tevoren. De auteurs gebruikten deze methode om kanalen te fabriceren waar spingolven zich kunnen voortplanten. Spingolven zijn een zich voortplantende herordening van de magnetisatie in een materiaal. Een nieuwe generatie reken- en meetapparatuur kan worden gefabriceerd op basis van de voortplanting van spingolven in plaats van de meer conventionele elektrische stroom.

Bertacco merkte op dat deze bevindingen de ontwikkeling van nieuwe metamaterialen met fijn afgestemde magnetische eigenschappen mogelijk zullen maken, evenals een herconfigureerbare computerapparaatarchitecturen.

"Al even veelbelovend is het creëren van structuren met een hoge respons op externe magnetische velden, omdat ze kunnen worden gebruikt als sensoren in nieuwe architecturen van spintronische apparaten, " zei hij. "De potentiële doelmarkt voor deze apparaten is extreem groot - vooral met de komst van het tijdperk van het 'internet der dingen' - waarin elk object een groeiende behoefte heeft aan geïntegreerde sensoren en rekencapaciteit."

Edoardo Albisetti, postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de Politecnico van Milaan en de eerste auteur van het artikel, zei dat de nieuwe magnetische nanostructuurpatroonmethode onderzoekers meer controle geeft.

"Tot dusver, de patroonvorming van magnetische nanostructuren is voornamelijk bereikt door onomkeerbare structurele of chemische modificaties, " zei Albisetti. "Integendeel, door gebruik te maken van deze nieuwe thermische ondersteunde magnetische scanning probe lithografie (tam-SPL) methode, de magnetische nanopatronen zijn volledig herconfigureerbaar en verkregen zonder de filmchemie en topografie te wijzigen."

De mogelijkheid om nieuwe metamagnetische materialen te tekenen, opent de weg voor de ontwikkeling van innovatieve apparaten voor informatieverwerking op basis van logische cellen en voor de voortplanting en manipulatie van spingolven in magnonische structuren.