Dalle bussole utilizzate nell'antica navigazione oltremare ai motori elettrici, sensori, e attuatori in auto, i materiali magnetici sono stati un pilastro nel corso della storia umana. Inoltre, quasi tutte le informazioni che esistono nella società contemporanea sono registrate su supporti magnetici, come i dischi rigidi.

Un team di ricercatori del Centro brasiliano per la ricerca sulla fisica sta studiando il movimento delle pareti del dominio del vortice - regioni locali di carica che immagazzinano collettivamente informazioni attraverso la loro configurazione - guidate da campi magnetici in nanofili ferromagnetici, che sono configurati in linea retta con un ramo a Y asimmetrico. Discutono del loro lavoro in questa settimana Giornale di Fisica Applicata .

La domanda posta dal gruppo era:cosa succede al muro del vortice quando incontra il ramo? Cambia direzione o no, o potrebbe essere diviso in due pareti?

"Per fare un parallelo semplicistico, se immaginiamo che il muro di vortice sia un tornado e il tornado corre su una strada dritta e incontra un bivio, cosa succede dopo; può dividersi in due tornado?" disse Luiz Sampaio, ricercatore presso il Centro brasiliano per la ricerca in fisica di Rio De Janeiro.

Parlando in generale, i campi magnetici possono essere utilizzati per modificare la magnetizzazione di un materiale magnetico, proprio come un magnete a barra può magnetizzare un ago da cucito altrimenti non magnetico, e può anche invertire completamente la sua magnetizzazione in alcuni casi.

Il processo coinvolto nell'inversione della magnetizzazione a volte mostra la nucleazione e il movimento di queste pareti di dominio, che costituiscono la transizione tra due regioni di carica magnetizzate in direzioni diverse. Il movimento della parete del dominio è stato ampiamente esplorato nei nanofili ferromagnetici a causa del loro alto potenziale per applicazioni in dispositivi spintronici, quelli che utilizzano le proprietà di spin quantistico degli elettroni.

Il controllo e la manipolazione di queste pareti di dominio è cruciale per realizzare con successo la memoria magnetica, dispositivi logici e sensoriali. Modificando la geometria del nanofilo, gli scienziati sperano di acquisire un maggiore controllo del movimento della parete del dominio e impostare un percorso verso il raggiungimento dell'affidabilità nella commutazione della magnetizzazione nei nanofili ferromagnetici. Il team ha ideato uno studio in due fasi.

"Primo, abbiamo fabbricato campioni utilizzando la litografia a fascio di elettroni, tecniche di magnetron sputtering e lift-off, " disse Sampaio. Dopo la fabbricazione su scala nanometrica, hanno quindi misurato il comportamento della magnetizzazione di commutazione mediato dalla propagazione della parete del dominio.

Il secondo passo è stato quello di eseguire simulazioni micromagnetiche per guidare e interpretare i risultati sperimentali. "Questi due strumenti ci hanno permesso di studiare in dettaglio i processi delle pareti del dominio del vortice all'ingresso del ramo, " Egli ha detto.

Andando avanti, il team vuole capire se l'angolo tra il nanofilo e il ramo può aumentare il comportamento asimmetrico all'ingresso del ramo. Ciò aumenterebbe la probabilità di osservare un solo tipo di parete del dominio del vortice, in senso orario o antiorario. Ciò richiederà la variazione degli angoli del nanofilo con il ramo per selezionare la chiralità del vortice.

La comprensione degli aspetti dinamici delle pareti del dominio del vortice apre una strada per un migliore controllo del loro movimento e della loro traiettoria. Questo può essere importante per la produzione di porte logiche, che può essere basato sul movimento della parete del dominio in linea con tali rami. La magnetizzazione nei rami può essere orientata in due diverse direzioni lungo l'asse del nanofilo, dove ogni direzione fungerebbe da "0" e "1" necessari per l'archiviazione e l'elaborazione dei dati.

"Per fornire l'affidabilità necessaria per queste applicazioni, è richiesto un maggiore grado di controllo nella commutazione della magnetizzazione, ma per migliorare l'efficienza dei processi coinvolti nella commutazione della magnetizzazione, il muro del dominio del vortice sembra essere un candidato promettente, ", ha detto Sampaio.