Исследователи обнаружили необычный способ повлиять на свойства хранения информации в металлическом сплаве.
Иногда научные открытия можно сделать уже на проторенных дорожках. Это было доказано на примере сплава кобальта и железа, обычно используемого при изготовлении жестких дисков.
В недавнем выпуске журнала Physical Review Letters отмечалось, что исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, а также Оклендского университета в Мичигане и Фуданьского университета в Китае обнаружили удивительный квантовый эффект в вышеуказанном сплаве.
Эффект включает в себя возможность контролировать направление спина электрона, что может позволить ученым разработать более мощные и энергоэффективные материалы для хранения информации. Изменяя направление спина электрона в сплаве, исследователи смогли изменить его магнитное состояние. Этот повышенный контроль над намагниченностью дает возможность хранить и извлекать больше данных, используя меньше пространства. Усиление контроля может также привести к появлению дополнительного применения технологии, к примеру, создания более энергоэффективных электродвигателей, генераторов и магнитных подшипников.
Эффект, обнаруженный исследователями, связан с «затуханием», при котором направление спина электрона влияет на то, как материал рассеивает энергию. «Когда вы едете по ровной трассе без ветра, рассеиваемая энергия от торможения одинакова, независимо от направления движения», – отмечает ученый из Аргонна Олле Хейнонен, автор исследования. «С эффектом, который мы обнаружили, ваша машина начинает испытывать большее сопротивление, если вы путешествуете с севера на юг, а при поездке с востока на запад все остается как раньше».
«Если говорить техническим языком, то мы обнаружили значительный эффект от магнитного демпфирования в наноразмерных слоях сплава кобальта и железа, нанесенных на одну сторону подложки из оксида магния», – добавил специалист из Аргоннского университета Аксель Хоффманн, еще один автор исследования. «Управляя спином электрона, магнитное демпфирование определяет скорость рассеивания энергии, контролируя аспекты намагничивания».
Открытие научной команды выглядит особенно удивительным, если учесть, что сплав кобальта и железа широко использовался в таких устройствах, как магнитные жесткие диски, в течение многих десятилетий, а его свойства были тщательно исследованы. Общепринято считать, что этот материал не имеет предпочтительного направления спина электрона и, следовательно, намагничивания.
Однако в прошлом ученые подготавливали сплав для дальнейшего использования, «выпекая» его при высокой температуре, что упорядочивало расположение атомов кобальта и железа в регулярной решетке, устраняя эффект направленности. Команда заметила эффект, исследуя необожженные сплавы, в которых атомы кобальта и железа могут случайным образом занимать места друг друга.
Исследовательская команда смогла также объяснить лежащие внутри этого эффекта физические процессы. В кристаллической структуре атомы обычно располагаются симметрично и с абсолютно регулярными интервалами. В кристаллической структуре некоторых сплавов существуют небольшие различия в разделении между атомами, которые могут быть устранены в процессе «выпечки»; эти различия остаются в «невыпеченном» материале.
Сжатие такого материала на атомном уровне дополнительно меняет разделение атомов, что приводит к различным взаимодействиям между атомными спинами в кристаллической среде. Это различие объясняет, почему демпфирование в одних направлениях сильно влияет на намагниченность, а в других – очень мало.
Результатом исследования является то, что даже очень небольшие искажения в расположении атомов в кристаллической структуре сплава имеют значительные последствия для эффекта демпфирования. Команда провела расчеты в Аргоннском компьютерном комплексе при Министерстве энергетики США, что подтвердило их экспериментальные наблюдения.