Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

ERC

FURORE Wynik w skrócie

Project ID: 226180
Źródło dofinansowania: FP7-IDEAS-ERC
Kraj: Niemcy

Nowe badania magnetyzmu pojedynczych atomów

W ramach finansowanego ze środków UE projektu wykonano analizy interakcji magnetycznych oraz właściwości pojedynczych atomów, które mogą być wykorzystane w zminiaturyzowanych urządzeniach do przechowywania danych oraz urządzeniach spinotronicznych stosowanych do obliczeń kwantowych.
Nowe badania magnetyzmu pojedynczych atomów
W ramach projektu FURORE (Fundamental studies and innovative approaches of research on magnetism) badacze zastosowali innowacyjne metody badawcze do analizy indywidualnych właściwości magnetycznych pojedynczych atomów na powierzchni metalowej i półprzewodnikowej.

Zespół projektu wykazał zdolność mierzenia reakcji magnetyzacji pojedynczych atomów magnetycznych (żelazo) absorbowanych na niemagnetycznym substracie (miedź) za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego z polaryzowaną spinowo końcówką. Zespół opracował plan interakcji magnetycznych, korzystając ze szczegółowej charakterystyki zależnych od odległości interakcji powodujących porządkowanie bądź nieuporządkowanie atomów żelaza poprzez magnetyzację końcówki w zależności od ich rozłożenia przestrzennego. Badania interakcji magnetycznych z krzywych magnetyzacji pojedynczych atomów sugerują, że w przyszłości pojedyncze atomy będzie można wykorzystać do przechowywania informacji w urządzeniach.

Korzystając z metody tunelowej mikroskopii skaningowej o spolaryzowanym spinie (SP-STM), uczestnicy projektu z powodzeniem zbudowali sztuczne nanostruktury magnetyczne. Nowoutworzone żelazowe łańcuchy liniowe oraz nanostruktury z nieuporządkowanym spinem wykazały umiejętność łączenia się z ferromagnetycznymi wyspami, tworząc w ten sposób spinową bramę logiczną na poziomie atomowym.

Następnie badacze wykorzystali technikę zwaną nieelastyczną tunelową spektroskopią elektronową (IETS) do sondowania kwantowych stanów spinowych pojedynczego atomu żelaza na warstwach miedzi, srebra lub platyny. W technice wykorzystywana jest końcówka skanująca wielkości atomu umożliwiająca przechodzenie elektronów do atomu związanego żelaza. Elektrony tunelujące przekazywały energię do atomu żelaza, wywołując zmiany we właściwościach spinu żelazowego.

Eksperyment wykazał, że chmura elektronów przewodzenia substratu odgrywa ważną rolę w ograniczaniu czasu wzbudzania spinu żelazowego. Badacze połączyli również metodę SP-STM i IETS, aby przedstawić prądową dynamikę spinu sztucznie utworzonych magnezów kwantowych składających się z wyłącznie kilku atomów.

Do odczytu krzywej magnetyzacji i pomiaru wzbudzenia magnetycznego pojedynczych atomów związanych z półprzewodnikami wykorzystano dwie komplementarne metody. Wyniki pokazały, że magnetyczne atomy mogą posłużyć jako magnetometr wielkości atomu umożliwiający mierzenie magnetyzacji chmury elektronowej na powierzchni półprzewodników.

Uczestnicy projektu po raz pierwszy zastosowali metodę eksperymentalną zwaną spektroskopią sił wymiany magnetycznej, która pozwala na pomiar siły interakcji wymiany magnetycznej pomiędzy pojedynczymi stanami spinowymi końcówki magnetycznej i przykładowymi atomami w przestrzeni próżniowej. Działania eksperymentalne zostały zakończone badaniami teoretycznymi w zakresie mechanizmów utraty energii pomiędzy końcówką i próbą.

Pionierskie badania przeprowadzone w projekcie FURORE w zakresie krzywych magnetyzacji pojedynczego atomu oraz interakcji magnetycznych są kluczowe dla rozwoju nowych urządzeń o większej pojemności i wydajności.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Magnetyzm, pojedyncze atomy, interakcje magnetyczne, obliczenia kwantowe, FURORE
Numer rekordu: 188358 / Ostatnia aktualizacja: 2016-08-22
Dziedzina: Energia