I ricercatori dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hanno testato un nuovo approccio alla fabbricazione di valvole spin. Utilizzando fasci di ioni, i ricercatori sono riusciti a strutturare una lega di ferro e alluminio in modo tale da suddividere il materiale in regioni magnetizzabili individualmente su scala nanometrica. La lega preparata è così in grado di fungere da spin valve, che è di grande interesse come componente candidato per l'uso in spintronica. Questa tecnologia non solo utilizza la carica di elettroni per l'archiviazione e l'elaborazione delle informazioni, attinge anche alle sue proprietà magnetiche intrinseche (cioè, il suo giro). Spintronics ha un grande potenziale per i supporti di memorizzazione magnetici. Per esempio, con le memorie magnetiche ad accesso casuale la lunga fase di avvio di un computer potrebbe cessare di essere un problema, poiché in tal caso sarebbe operativo non appena acceso.

Tipicamente, una valvola di rotazione è costituita da strati successivi non magnetici e ferromagnetici. Questa stratificazione è un processo molto complesso e far sì che questi componenti si colleghino in modo affidabile rappresenta una sfida importante. Questo è il motivo per cui il ricercatore HZDR Dr. Rantej Bali ei suoi colleghi stanno adottando un approccio completamente diverso. "Abbiamo costruito strutture con geometria della valvola di rotazione laterale in cui le diverse regioni magnetiche sono organizzate una accanto all'altra anziché in strati uno sopra l'altro, " spiega Bali. L'idea alla base di questa nuova geometria è quella di facilitare il lavoro in parallelo su superfici più ampie mantenendo bassi i costi di fabbricazione.

Primo, gli scienziati hanno ricotto un sottile strato di una lega di ferro e alluminio (Fe60Al40) a 500 gradi C. Ciò ha portato alla formazione di una struttura altamente ordinata, dove ogni altro strato atomico era costituito esclusivamente da atomi di ferro. Secondo le aspettative dei ricercatori, questa sostanza si comportava come un materiale paramagnetico – in altre parole, i momenti magnetici si disordinarono. Dopodichè, gli scienziati hanno rivestito la lega con un polimero protettivo in modo da produrre un motivo a strisce sulla sua superficie. Le regioni prive di resist erano larghe alternativamente 2 e 0,5 micrometri, e, soprattutto, sono stati separati l'uno dall'altro da strisce di resist larghe 40 nanometri.

Prossimo, il materiale è stato irradiato con ioni di neon presso lo Ion Beam Center dell'HZDR, con importanti conseguenze. Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che il materiale irradiato presenta proprietà molto interessanti. Sotto le strisce protettive di resist, il materiale rimane paramagnetico mentre le strisce strette e larghe prive di resist diventano effettivamente ferromagnetiche. "Una valvola di spin viene commutata tramite il campo magnetico. Cambiando l'allineamento degli spin - parallelo o antiparallelo - cambia la resistenza elettrica. Siamo interessati all'entità dell'effetto, " dice Bali. Un campo magnetico applicato esternamente allinea gli spin all'interno di queste regioni. A seconda della forza del campo magnetico, possono essere regolati per funzionare in parallelo o antiparallelo. Questa magnetizzazione è permanente e non viene persa se il campo esterno viene disattivato.

La ragione di questo comportamento risiede nel fatto che il fascio ionico modifica la struttura della lega. "Gli ioni distruggono la struttura altamente ordinata degli strati di ferro. Spingono gli atomi fuori posizione e altri atomi prendono il loro posto, e, di conseguenza, gli atomi di ferro e alluminio si distribuiscono casualmente, " spiega Sebastian Wintz, un dottorato di ricerca studente che faceva parte del team di ricercatori. Una piccola dose di ioni è sufficiente per giocare a questo gioco di tag a livello atomico. Wintz caratterizza il processo come segue:"È una cascata, veramente. Un singolo ione è in grado di spostare fino a 100 atomi." Le regioni sotto il polimero resistono a strisce, d'altra parte, sono impenetrabili agli ioni, motivo per cui queste regioni rimangono paramagnetiche e separano le strisce ferromagnetiche.

Collaborazione con l'Helmholtz Center di Berlino Lavorando a stretto contatto con i ricercatori dell'Helmholtz Center di Berlino (HZB), gli scienziati dell'HZDR sono stati in grado di visualizzare la struttura magnetica del materiale utilizzando lo speciale SPEEM (microscopio a fotoemissione con risoluzione di spin) al sincrotrone BESSY II dell'HZB. Le immagini microscopiche hanno mostrato l'esistenza di regioni con ordine paramagnetico e ferromagnetico dimostrando l'alto livello di risoluzione spaziale che può essere realizzato dal processo di strutturazione mediante fasci di ioni.

Ulteriori esperimenti consentiranno a Rantej Bali e ai suoi colleghi di studiare le proprietà di questi materiali strutturati magneticamente. I ricercatori stanno anche cercando di capire i limiti alla miniaturizzazione delle nanostrutture magnetiche.