(Phys.org)—Gli scienziati hanno fabbricato un superreticolo di magneti a singolo atomo su grafene con una densità di 115 terabit per pollice quadrato, suggerendo che la configurazione potrebbe portare a supporti di archiviazione di prossima generazione.

"I magneti a singolo atomo rappresentano il limite ultimo per i dispositivi di memorizzazione magnetici ad altissima densità, "Stefano Rusponi, fisico dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) e coautore della nuova ricerca, detto Phys.org . "Finora, i ricercatori si sono concentrati principalmente sulle proprietà magnetiche di singoli atomi e piccoli ammassi distribuiti casualmente sulle superfici di supporto." [Vedi i documenti precedenti qui e qui.]

"Nel nostro nuovo giornale, dimostriamo la capacità di realizzare un superreticolo di singoli atomi aventi magnetizzazione stabile. Questo rappresenta il primo prototipo di un supporto di memorizzazione basato su un singolo atomo per bit".

Come hanno spiegato i ricercatori, una sfida chiave nell'utilizzo di una serie di magneti atomici come dispositivo di archiviazione dati è garantire che i magneti siano stabili e non interagiscano tra loro, poiché ciò potrebbe causare la perdita di dati.

Per affrontare questa sfida, il gruppo di ricerca, guidato dal professor Harald Brune all'EPFL, sfruttato le buone proprietà magnetiche degli atomi di disprosio, insieme alle proprietà del substrato grafene-iridio.

Parte della ragione per la magnetizzazione altamente stabile è dovuta al disadattamento reticolare tra grafene e iridio, che crea un motivo moiré periodico. Questo modello periodico porta a una disposizione equidistante dei siti di adsorbimento di disprosio più favorevoli.

Quando gli atomi di disprosio si depositano sul substrato a circa 40 K, la loro diffusione superficiale è attivata, che li fa saltare in superficie. Questo movimento consente loro di raggiungere i siti di adsorbimento più favorevoli determinati dal pattern moiré, in modo che formino un array altamente ordinato, con una distanza media tra gli atomi di appena 2,5 nanometri.

Una volta assemblato, la stabilità magnetica degli atomi può essere influenzata in alcuni modi, anche per diffusione con elettroni e fononi sulla superficie, così come dal tunneling quantistico degli stati magnetici.

Fortunatamente, due delle proprietà benefiche del grafene sono le sue bassissime densità di elettroni e fononi, che protegge gli atomi di disprosio dalla dispersione. Inoltre, gli atomi di disprosio hanno uno stato fondamentale magnetico favorevole che protegge dal tunneling quantistico della magnetizzazione. Entrambe le proprietà contribuiscono all'elevata stabilità magnetica del superreticolo.

Le misurazioni hanno mostrato che il superreticolo ha un'isteresi magnetica molto grande, che è una misura dell'irreversibilità di un magnete, che supera i migliori magneti molecolari a ione singolo a base di disprosio. I ricercatori spiegano che l'elevata stabilità magnetica dipende da tutte le proprietà combinate degli atomi e del substrato grafene-iridio, e che manca solo una di queste proprietà riduce notevolmente la stabilità.

Uno degli attuali svantaggi del progetto è che la stabilità magnetica diminuisce a temperature più elevate. Nel futuro, i ricercatori intendono migliorare la stabilità termica del superreticolo, possibilmente coltivando grafene su un substrato isolante.

"La stabilità magnetica degli atomi di disprosio è limitata a temperature inferiori a 10 K ed è sensibile alla contaminazione, richiedendo così condizioni di vuoto ultra-alto per i nostri esperimenti, " Disse Rusponi. " In futuro, intendiamo migliorare le prestazioni del superreticolo magnetico a singolo atomo. Primo, intendiamo aumentare la temperatura massima alla quale sopravvive la stabilità magnetica trovando la combinazione ottimale di specie atomo singolo e substrato di supporto. Secondo, intendiamo proteggere il superreticolo con uno strato di copertura preservando le proprietà degli atomi magnetici".