Микроволны обращают намагниченность

Исследователи из Института Нееля в Гренобле, Франция, придумали новый и эффективный способ обращать намагниченности отдельных наночастиц. Техника, которая использует импульсы радиочастотного поля, может быть применена для оптимизации времени записи на жесткий диск или способствовать продвижению новых MRAM-устройств.

В системах хранения данных биты информации записываются с помощью намагничивания отдельных доменов в магнитных материалах. Направление намагниченности, как правило, устанавливается посредством приложения локального магнитного поля. Чтобы увеличить количество информации, хранимой в устройстве, исследователи используют материалы с более высокой плотностью магнитной энергии, но чтобы переключать намагниченность в таких материалах необходимы более сильные магнитные поля, которые трудно генерировать.

Команда во главе с Эдгаром Боне (Edgar Bonet), Кристофом Тирионом (Christophe Thirion) и Вольфгангом Вернсдорфером (Wolfgang Wernsdorfer) предложила новый метод для преодоления этого ограничения. «Мы использовали постоянное магнитное поле, которое было значительно слабее переключающего поля, в сочетании с радиочастотным (РЧ) или микроволновым импульсом, чтобы обратить намагниченность частицы кобальта размером 20 нм, - пояснил Тирион. - Мы обнаружили, что фаза магнитного поля, вызывающего перемагничивание наночастиц, является существенным параметром. Управление фазой этого сигнала может повысить его эффективность без дополнительных энергетических и временных затрат».

Исследователи получили свои результаты с помощью метода накачки-и-зондирования, включающего магнитное поле накачки, которое вызывает прецессию магнитных моментов наночастиц на определенной контролируемой частоте, амплитуде и фазе. Только после этого сигнал зонда, посланный в образец, может или не может изменить намагниченность наночастиц, что определяется состоянием прецессии, первоначально подготовленного накачкой. «Затем, проверяя конечное состояние намагниченности наночастицы, мы можем увидеть, удалось ли зондирующему импульсу обратить намагниченность», - сказал Боне.

Такие измерения принципиально важны, потому что изменения задержки между накачкой и зондирующими импульсами позволяет исследовать динамику самой намагниченности на наносекундных масштабах времени: свободной прецессии и "затухания", отметил он.

«Современные методы переключения намагниченности с помощью микроволн не учитывают фазовых эффектов, но наша новая работа показывает, что эти эффекты важны, если мы хотим оптимизировать перемагничивание, - пояснил Боне. - Любое магнитное устройство, пока оно столь же мало, как и один домен, должно вести себя так же, как наночастицы кобальта, которые мы изучали в наших экспериментах. Поэтому наши результаты будут важны для технологий записи данных в целом, и особенно для оптимизации времени записи на жесткий диск и для новых технологий MRAM».

Потенциальная энергия магнитных наночастиц в зависимости от угла намагниченности
Потенциальная энергия имеет две ямы, соответствующие двум стабильным ориентациям намагниченности. При небольшом прилагаемом поле одна из двух ям метастабильна. Дополнительно прикладываемое переменное поле вызывает колебания намагниченности в энергетических ямах. Когда частота переменного поля совпадает с частотой прецессии вектора намагниченности, система может поглощать энергию. Это может привести к переходу от метастабильного состояния к стабильному с обращением намагниченности, когда затухание прецессии не слишком велико

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365