Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1 Спин, S, одиночного магнитного иона имеет предпочтительную ориентацию в пространстве. Это является определяющим условием для создания одноатомного устройства записи. В работе [1] был использован сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) чтобы измерить электронное возбуждение около атома железа (отмечен голубым цветом), адсорбированного на поверхности нитрида меди. Эти возбуждения обнаруживают магнитное состояние спина атома железа и изменение спина с изменением направления приложенного внешнего магнитного поля. Расчеты электронной плотности на поверхности легли в основу объяснения полученых результатов СТМ

Явления магнетизма на наноразмерном уровне

Ключевые слова:  MRAM, магнетизм, магнитная анизотропия, магнторезистивная память, периодика, СТМ, суперпарамагнетизм, эффект гигантского магнетосопротивления

Опубликовал(а):  Гольдт Илья

10 января 2008

Увеличение плотности записи информации за последнее десятилетие сделало гигантский скачок вперед за счет новых магнитных материалов. Стоит отметить, что полученные величины существенно превосходят соответствующие плотности записи, достигаемые при использовании широко известных полупроводниковых материалов.

При разработке магнитных устройств записи решающими стали два фактора – магнитный момент и магнитная анизотропия. Под магнитным моментом понимается сумма всех магнитных моментов системы; магнитная энергия анизотропии – это выигрыш в энергии за счет ориентации спинов в определенном направлении. Для малых структур область, в которой спины строго ориентированы в одном и том же направлении, может характеризоваться макроскопическим суммарным спином, или «макроспином». Если энергия анизотропии достаточно велика, то за счет устойчивости направления "макроспина" можно добиться долговременной памяти. С другой стороны, если энергия анизотропии недостаточно велика по сравнению с тепловой энергией, то направление макроскопического спина может меняться спонтанным образом.

Andreas Heinrich и его коллеги (IBM’s Almaden Research Centre in San Jose) опубликовали в журнале “Science” статью о том, что им удалось провести измерения магнитного момента и магнитной энергии анизотропии на атомном уровне [1]. Были получены величины энергии анизотропии и спина индивидуальных атомов железа и марганца, адсорбированных на поверхности нитрида меди. Используя низкотемпературные измерения с использованмием туннельной силовой микроскопии, можно наблюдать электронное возбуждение атомов железа или марганца, которое связано с изменением магнитного состояния ионов. (рис.1)

Анализируя, как энергия этих возбуждений зависит от направления и величины приложенного поля, можно предсказать вероятность предпочтительной ориентации спина.

Таким образом, становится возможным установить, как магнитные свойства атомов зависят от их ближайшего окружения. Измерение магнитных моментов и энергии анизотропии хорошо известных, модельных систем даст возможность сравнивать экспериментальные данные с теоретическими расчетами.

Магнитная анизотропия материала (в том числе и наноразмерного) связана с переориентацией спинов из предпочтительного направления (оси легкого намагничивания) по другим осям. В работе [2] был предложен способ контроля времени жизни этих магнитных состояний путем приложения спин-поляризованного тока. Таким образом, получается своего рода «переключение» вектора намагниченности.

В большинстве магнитных устройств запись информации осуществляется за счет приложения магнитного поля; считывание информации происходит на основе эффекта гигантского магнетосопротивления (ГМС). Для заметки: в этом году ученым Альберту Феру и Питеру Грюнбергу была присуждена Нобелевская премия в области физики за открытие эффекта ГМС .

Ячейка устройства магнеторезистивной памяти (magnetic random access memory-MRAM) состоит из двух магнитных электродов, разделенных немагнитной прослойкой. Перемагничивание электродов осуществляется с помощью магнитного поля. Однако, если бы стало возможным менять намагниченность, это позволило бы не только считывать информацию, но и записывать ее.

Работа такой системы перемагничивания некоторой наноразмерной области заключается в пропускании спин-поляризованного тока через ячейку MRAM. Теоретическое объяснение такого процесса перемагничивания стало центральной проблемой для развития нового поколения устройств магнитной записи. Большинство экспериментальных работ по этой тематике проводятся на нанонитях, однако размерный фактор не позволяет экспериментально контролировать проходящие в нанонитях процессы. Совсем недавно это проблема была решена группой ученых из Гамбурга [2], и стало возможным выявлять факторы, которые оказывают влияние на процесс перемагничивания.

Andreas Heinrich и его коллеги определили, что энергия анизотропии атома железа вдоль оси легкого намагничивания составляет 1.55±0.01 мэВ, а в перпендикулярном направлении — 0.31±0.01мэВ. Однако если в плоскости перпендикулярной к оси легкого намагничивания анизотропия была бы нулевой, атомы располагались бы вдоль одной оси с анизотропией, по величине одинаковой с величиной анизотропии атомов кобальта на поверхности платины. Остается выяснить, может ли быть создано атомное окружение, способствующее большой одноосевой анизотропии, которая так необходима для высокоплотной магнитной записи. Если это окажется возможно, то следующим шагом будет совмещение достижений групп из IBM и Гамбурга и применение спин-поляризованного СТМ для исследования одиночных атомов, обладающих магнитным моментом.

  1. Hirjibehedin, C. F. et al. // Science 317, 1199–1203 (2007).
  2. Krause, S., Berbil-Bautista, L., Herzog, G., Bode, M. & Wiesendanger, R. Science 317, 1537–1540 (2007).

Материал подготовлен Веряевой Е.С.




Комментарии
А пониженные температуры - это He или доли К?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Золото Маккенны
Золото Маккенны

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ» (Интересные научные события 2020 года от Американского физического общества (APS): Новый век сверхпроводимости. Магические углы в графене. Новые рекорды LIGO и Virgo: сверхмассивные и асимметричные слияния черных дыр. Свет от темной материи в эксперименте Xenon. Чего не хватает для создания квантового интернета? Коперниканский переворот в нейронных сетях. Червякомешалка. Вселенский метроном и предел точности атомных часов. Благородные металлы и графен против токсичных газов. Мультиферроик с ферродолинным упорядочением. Борные сенсоры азотосодержащих загрязнителей.

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

С Новым годом!
Дорогие друзья и коллеги!
Поздравляем с наступающим 2021 годом!
Желаем всем хорошего настроения и здоровья, удачи во всем и новых достижений!

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.