Знание магнитных свойств наночастиц необходимо для дальнейшего совершенствования магнитных запоминающих устройств. Немецкие и японские ученые исследовали наноостровки железа на поверхности вольфрама и смогли примерно определить размеры островков при которых происходит переход от однодоменного магнитного состояния к более сложному.

Рис.1. Изображение железного наноостровка на поверхности вольфрама, полученное с помощью спин-поляризованной сканирующей туннельной микроскопии.

Исследование свойств наномасштабных магнитов представляет очевидный практический интерес, в особенности, в связи со стремлением к созданию энергонезависимых магнитных запоминающих устройств со все более высокой плотностью записи информации и совершенствованию магнитных оперативных запоминающих устройств. Основой магнитной памяти являются нанесенные на подложку магнитные кристаллики, играющие роль битов. В идеале это должны быть наноразмерные островки с двумя стабильными состояниями, соответствующими двум противоположным ориентациям магнитного момента, которые можно интерпретировать как "0" и "1" (чуть подробнее см. в нашей новости). Желательно, чтобы такие магнитики-биты представляли собой однодоменные объекты (все спины в пределах нанообъекта были бы выстроены в одном направлении), а не содержали бы несколько магнитных доменов.

Расчеты показывают, что магнитные наночастицы в зависимости от размеров могут находиться как в однодоменном состоянии, так и в более сложных магнитных состояниях. Однодоменное магнитное состояние должно реализовываться в наночастицах с самыми малыми размерами, для которых доминирует обменное взаимодействие, стремящееся выстроить все спины в одном направлении. Расчеты магнитной структуры позволяют определить, где (для определенных комбинаций материалов подложки и магнитных островков) находится граница между однодоменным и более сложными состояниями, но экспериментальное исследование магнитного состояния наноразмерных объектов - довольно сложная задача. Недавно, изучая магнитное состояние наноостровков из железа на поверхности вольфрама с помощью спин-поляризованной сканирующей туннельной спектросокии, ученые из института Макса Планка в Галле и университета Осаки смогли зафиксировать "переход" к однодоменному состоянию при уменьшении размеров островков [1].

Исследуемые структуры представляли собой наноостровки железа, сформировавшиеся при нанесении слоя железа толщиной от 4.7 до 6.5 монослоев на химически чистую поверхность вольфрама (100). Эксперименты проводились в условиях высокого вакуума при низкой температуре (30 К) с помощью сканирующего туннельного микроскопа, вольфрамовая игла которого была покрыта тонким (порядка десяти монослоев) слоем железа. Вследствие того, что туннелирование происходит между ферромагнитными электродами, дифференциальная проводимость зависит от взаимной ориентации их магнитных моментов, что дает и возможность определять ориентацию спинов на исследуемой поверхности.

Рис.2. Магнитное состояние железных наноостровков в зависимости от диаметра и толщины. Кружки - экспериментальные данные, линия - граница между различными магнитными состояниями наноостровков, определенная на основании вычислений магнитной структуры.

Исследовав множество наноостровков, ученые показали, что начиная с определенных размеров (диаметра и толщины) малые островки действительно представляют собой однодоменные частицы, тогда как при больших размерах магнитные состояния островков становятся более сложным. Само по себе это совершенно не удивительно, важнее то, что результаты экспериментов неплохо согласуются с результатами расчетов магнитной структуры островков в зависимости от их размеров (рис. 2.).

1. A.Yamasaki, W.Wulfhekel, R.Hertel et al. Phys.Rev.Lett., v.91, 127201 (2003).

Е.Онищенко