Fyzici z Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) použili Skenovaciu Tunelovú Mikroskopiu na úspešnú skúšku stability magnetu vytvoreného z jediného atómu.
Napriek vzostupu SSD diskov sú ešte stále veľmi bežné magnetické pamäťové zariadenia, ako sú bežné pevné disky a magnetické pásky. Keďže sa však naše požiadavky na ukladanie údajov zvyšujú takmer o 15 miliónov gigabajtov denne, vedci sa obracajú k alternatívnym zariadeniam na ukladanie dát.
Jedným z nich sú jednoatómové magnety: pamäťové zariadenia pozostávajúce z jednotlivých atómov prilepených ("adsorbovaných") na povrchu. Každý z týchto povrchových atómov je schopný ukladať jeden bit dát, ktorý je možné zapisovať a čítať pomocou kvantovej mechaniky. A preto, že atómy sú dostatočne malé na to, aby boli zhromaždené naozaj husto, jednoatómové pamäťové zariadenia sľubujú obrovské dátové kapacity.
Ale hoci už nie sú vedeckou fantáziou, jednoatómové magnety sú stále v štádiu základného výskumu a je potrebné prekonať mnoho fundamentálnych prekážok, než sa budú dať implementovať do komerčných zariadení. EPFL je na čele výskumu v tejto oblasti, prekonávajúc otázku magnetickej remanencie a ukazujúc, že jedenoatómové magnety môžu byť použité na čítanie a zápis údajov.
V novej štúdii publikovanej v Physical Review Letters použili fyzici na Fyzikálnom inštitúte EPFL Skenovaciu Tunelovú Mikroskopiu na demonštráciu stability magnetu pozostávajúceho z jediného atómu holmia, prvku, s ktorým už dlho pracujú.
"Jednoatómové magnety ponúkajú zaujímavú perspektívu, pretože kvantová mechanika môže ponúkať skratky cez svoje bariéry stability, ktoré by sme mohli využiť v budúcnosti," hovorí Fabian Natterer z EPFL, ktorý je prvým autorom článku. "Toto by bol posledný kúsok puzzle k záznamu atómových dát."
Vedci vystavili atóm extrémnym podmienkam, ktoré normálne odmagnetizujú jednoatómové magnety, ako je teplota a vysoké magnetické polia, ktoré predstavujú riziko pre budúce úložné zariadenia.
Pomocou skenovacieho tunelovacieho mikroskopu, ktorý môže vidieť povrchové atómy, vedci zistili, že atómy holmia by si mohli zachovať magnetizáciu v magnetickom poli presahujúcom 8 Tesla, čo je blízko sily magnetov používaných v urýchľovači Large Hadron Collider. Autori to opisujú ako "rekordnú koercitivitu", termín, ktorý opisuje schopnosť magnetu odolávať vonkajšiemu magnetickému poľu bez toho, aby sa stal demagnetizovaným.
VĽAVO: Obrázok zo skenovacieho tunelového mikroskopu ukazujúci jednoatómové magnety Holmia. VPRAVO: Pomocné atómy kobaltu na oxide horečnatom.
Potom prikúrili: Výskumníci vystavili sériu holmiových jednoatómových magnetov teplotám až do 45 Kelvinov (-233,15 stupňov Celzia), čo je pre jednotlivé atómy podobné, ako byť v saune. Jednoatómové magnety Holmia zostali stabilné až do teploty 35 K. Iba pri teplote približne 45K sa magnety začali spontánne orientovať podľa aplikovaného magnetického poľa. Toto ukázalo, že môžu odolávať relatívne vysokým teplotným perturbáciám, čo môže ukázať cestu pre jednoatómové magnety fungujúce pri komerčne dostupnejších teplotách.
"Výskum v oblasti miniaturizácie magnetických bitov sa výrazne sústredil na magnetickú bistabilitu," hovorí Natterer. "Dokázali sme, že najmenšie bity môžu byť naozaj extrémne stabilné, ale v budúcnosti sa musíme naučiť, ako efektívnejšie zapísať informácie na tieto bity, aby sme prekonali magnetickú" trilemu" magnetického záznamu: stabilitu, zapisovateľnosť a dobrý odstup signálu od šumu."
Článok: Fabian Donat Natterer, Fabio Donati, François Patthey, Harald Brune. Thermal and magnetic field stability of holmium single atom magnets. Physical Review Letters 121, 027201. 10 July 2018. DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.027201
Zdroj: actu.epfl.ch
AM