Pomiary spintroniki pojedynczego atomu
Według prawa Moore'a, opracowanej w roku 1965 prognozy, która do dzisiaj w znacznej mierze się sprawdza, liczba tranzystorów w układzie zintegrowanym będzie się podwajać co dwa lata. Prawo to wydaje się już sięgać granic możliwości, dlatego świat szuka sposobu na umieszczanie większej liczby podzespołów elektronicznych o większej mocy w mniejszych urządzeniach i tutaj obiecującym kandydatem okazuje się spintronika. Rozwój spintroniki także osiąga już pewną granicę — granicę naszej wiedzy o właściwościach związanych ze spinem. Spektakularna miniaturyzacja ma zostać osiągnięta dzięki ograniczeniom rozmiarów na poziomie atomowym. Naukowcy opracowali i wykorzystali zestaw eksperymentalny o wysokiej czułości do badań nad dynamicznymi właściwościami magnetycznymi kilku atomów w geometrii niskowymiarowej. Badania te przeprowadzono w ramach finansowanego przez UE projektu "Ferromagnetic resonance at the atomic scale" (ATOMICFMR). Naukowcy postanowili zbadać wykrywany elektrycznie rezonans ferromagnetyczny (ferromagnetic resonance — FMR) nanostruktur. FMR to precesja magnetyzacji (zmiany orientacji całkowitego momentu magnetycznego) zachodząca pod wpływem pola magnetycznego o częstotliwości radiowej. FMR oddziałuje na prądy spinowe. Obecnie możliwy jest również elektryczny pomiar wartości FMR poprzez wykorzystanie jej korelacji z przepływem prądu stałego. Zespół projektu użył własnych narzędzi eksperymentalnych, umożliwiających wykrywanie FMR w wąskich nanozwężkach lub kontaktach atomowych poprzez pomiar napięcia prądu stałego, by zbadać właściwości rezonansowe pojedynczego atomu. Naukowcy połączyli doświadczenia z symulacjami przy użyciu dostępnego bezpłatnie kodu MuMax2 służącego do symulacji mikromagnetycznych. Wykazali możliwość wykrywania rezonansów ścian domeny (przy powierzchniach oddzielających domeny magnetyczne) w nanostrukturalnym stopie magnetycznym (permaloju), korzystając z metody elektrycznej. Dzięki symulacjom udało się w pełni zrozumieć związek między zmierzonym napięciem a różnymi zaobserwowanymi rezonansami. Wyniki tych badań stanowią dopiero początek i otwierają drogę do wielu ważnych doświadczeń, mających na celu ustalenie związku między dynamiką magnetyzacji i transportem elektronicznym, a dynamicznym parowaniem dwóch nanostruktur przez nanokontakt. Rezultaty uzyskane przez zespół projektu ATOMICFMR stanowią ważny krok w rozwoju spintroniki niskowymiarowej. Będą one podstawą przy opracowywaniu nowych urządzeń, które przezwyciężą obecne ograniczenia i umocnią czołową pozycję UE w tak ważnej, rozwijającej się dziedzinie nauki, jaką jest technologia informatyczna.
Słowa kluczowe
Spintronika, pojedynczy atom, rezonans ferromagnetyczny, skala atomowa, permaloj
