Due esempi di deformazione dell'immagine e configurazioni di magnetizzazione risultanti. A sinistra:immagini dell'onda di deformazione attorno al quadrato magnetico. Le onde attraversano il centro del quadrato magnetico (bianco, 2 micron di dimensione laterale) e, a seconda dei tempi, il quadrato viene ripreso nello stato non teso (in alto) e nello stato teso (in basso). Sono mostrate anche immagini sperimentali corrispondenti con contrasto magnetico che mostrano i domini magnetici nel quadrato. A destra:Schemi di domini magnetici in un quadrato magnetico a bassa deformazione (in alto, le frecce indicano le direzioni magnetiche e il contrasto di colore grigio) e la configurazione del dominio magnetico con deformazione (in basso), favorendo la magnetizzazione orizzontale (domini in bianco e nero). Credito:Michael Foerster, ALBA
Utilizzando l'imaging dinamico avanzato, i ricercatori sono riusciti a visualizzare le onde di deformazione (suono) nei cristalli e hanno misurato l'effetto sugli elementi nanomagnetici. Ciò offre una nuova manipolazione della magnetizzazione a bassa potenza per applicazioni di memoria o logica e la metodologia offre un nuovo approccio per l'analisi di deformazioni dinamiche in altri campi di ricerca:nanoparticelle, reazioni chimiche, cristallografia, eccetera.
Il controllo delle proprietà magnetiche dei materiali è fondamentale per lo sviluppo della memoria, dispositivi informatici e di comunicazione su scala nanometrica. Poiché l'archiviazione e l'elaborazione dei dati si evolvono rapidamente, i ricercatori stanno testando diversi nuovi metodi per modificare le proprietà magnetiche dei materiali. Un approccio si basa sulla deformazione elastica (deformazione) del materiale magnetico per regolare le sue proprietà magnetiche, che può essere ottenuto dai campi elettrici. Questa area scientifica ha suscitato molto interesse grazie alla sua capacità di scrivere piccoli elementi magnetici con un campo elettrico a bassa potenza piuttosto che campi magnetici che richiedono correnti di carica ad alta potenza. Però, gli studi finora sono stati condotti principalmente su scale temporali molto lente (da secondi a millisecondi).
Un modo per produrre cambiamenti rapidi (cioè su scala subnanoseconda) di deformazione e, così, indurre cambiamenti di magnetizzazione è utilizzando onde acustiche di superficie (SAW), che sono onde di deformazione (deformazione). Ora, immagina una sbarra di ferro che viene martellata su un lato. Quando la canna viene colpita, un'onda sonora propaga la deformazione lungo di essa. Allo stesso modo, un'onda acustica superficiale propaga una deformazione, ma solo nello strato superficiale, come le onde dell'oceano. In alcuni materiali (piezoelettrici), che si espandono o si contraggono quando si applica una tensione, Le SAW possono essere generate attraverso campi elettrici oscillanti.
In collaborazione con gruppi spagnoli, Svizzera e Berlino, il gruppo di M. Kläui alla JGU ha utilizzato una nuova tecnica sperimentale per visualizzare quantitativamente questi SAW e dimostrare che possono essere utilizzati per commutare la magnetizzazione in elementi magnetici su scala nanometrica (i "surfisti") sopra il cristallo. I risultati hanno mostrato che i quadrati magnetici hanno cambiato le loro proprietà sotto l'effetto di SAW, crescere o restringere i domini magnetici a seconda della fase della SAW. interessante, la deformazione non si è verificata istantaneamente e il ritardo osservato (vedi Figura 1) potrebbe essere modellato. Comprendere come le proprietà magnetiche possono essere modificate in tempi rapidi è la chiave per progettare dispositivi magnetici a bassa potenza in futuro.
"Per misurazioni molto complesse, una stretta cooperazione internazionale con gruppi leader e una forte rete di Alumni sono un vantaggio strategico. Abbiamo collaborato con un gruppo della sorgente di radiazioni di sincrotrone ALBA in Spagna, dove un ex studente di dottorato del nostro gruppo sta lavorando e guidando questo progetto. Il lavoro è stato svolto anche in collaborazione con uno studente di dottorato della MAINZ Graduate School of Excellence ed è bello vedere che i nostri studenti e alumni hanno così tanto successo." ha sottolineato il professor Mathias Kläui del JGU Institute of Physics, che è anche direttore di MAINZ.
L'istituzione della MAINZ Graduate School è stata concessa attraverso l'iniziativa di eccellenza dai governi federale e statale tedesco per promuovere la scienza e la ricerca nelle università tedesche nel 2007 e il suo finanziamento è stato esteso al secondo round nel 2012. È composto da gruppi di lavoro dell'Università Johannes Gutenberg Magonza, TU Kaiserslautern, e l'Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri di Magonza. Una delle sue aree di ricerca focale è la spintronica, dove la cooperazione con i principali partner internazionali gioca un ruolo importante.
