In molti modi, i magneti sono ancora misteriosi. Ottengono i loro effetti (spesso potenti) dalle interazioni microscopiche dei singoli elettroni, e dall'interazione tra il loro comportamento collettivo a diverse scale. Ma se non puoi spostare questi elettroni per studiare come fattori come la simmetria influenzino gli effetti magnetici su larga scala, cosa puoi fare invece?

Si scopre che gli assemblaggi di nanoparticelle metalliche, che può essere accuratamente organizzato su più scale di lunghezza, si comportano come magneti sfusi e mostrano intriganti, comportamento dipendente dalla forma. Gli effetti, segnalato questa settimana in Giornale di Fisica Applicata , da AIP Publishing, potrebbe contribuire a migliorare l'archiviazione di informazioni ad alta densità e le tecnologie spintronice.

"Il lavoro è stato ispirato dalla domanda [di] come l'interazione magnetica tra le nanoparticelle influenzi il comportamento magnetico del sistema nel suo insieme, poiché tali strutture array vengono utilizzate, Per esempio, in supporti di memorizzazione ad alta densità, " ha detto Alessandro Fabiano, autore principale dello studio della Justus-Liebig University Giessen in Germania. "Per studiare l'influenza [della] forma degli assemblaggi di nanoparticelle, così come la distanza tra loro, abbiamo avuto l'idea di un disegno gerarchico dei campioni in cui i parametri corrispondenti possono essere variati sistematicamente."

Il giro, i nanocomponenti metallici Fe304 che Fabian e i suoi colleghi hanno utilizzato nel loro studio sono stati disposti in modo da formare forme diverse su tre diverse scale di lunghezza. Utilizzando la litografia a fascio di elettroni, un metodo di litografia modernizzato che utilizza gli elettroni per scrivere la struttura desiderata, hanno configurato le nanoparticelle in forme ravvicinate, come triangoli, con un lato che misura circa 10 particelle di lunghezza. Una griglia sagomata delle configurazioni su scala ridotta, distanziati di circa un micron l'uno dall'altro, comprendeva la terza gerarchia delle scale di lunghezza.

"Per la preparazione dei campioni abbiamo utilizzato metodi litografici, che consentono il controllo preciso della distanza e della forma degli assemblaggi di nanoparticelle, " Disse Fabian. "Per ciascuno dei tre livelli gerarchici, ci sono due contributi, vale a dire la parte reticolare e la parte sagomata. L'elevato numero di possibilità nella progettazione di campioni rende questo aspetto difficile per trovare sistemi con le proprietà fisiche più promettenti".

Le forme configurate ad ogni (sotto)scala sono state scelte in base alle loro relative simmetrie, in modo da isolare gli effetti misurati alla loro scala dimensionale causale.

"Le simmetrie del reticolo e delle forme sono state scelte qui per non interferire l'una con l'altra. Ad esempio, gli assemblaggi di forma circolare sono stati abbinati a diversi tipi di tralicci, " Disse Fabian. " Assemblee di forme diverse, come triangoli, quadrati o cerchi, mostrano una dipendenza dall'angolo dell'anisotropia magnetica (dipendenza dalla direzione) corrispondente alla forma dell'assieme."

Con questi progetti intelligenti, il gruppo è stato in grado di dimostrare un magnete su larga scala, costruito dalla nanoparticella in su. Sebbene le loro strutture agissero come ferromagneti sfusi, le misurazioni precise li sorpresero.

"I nostri risultati mostrano che sulle scale di lunghezza scelte, solo la forma degli assemblaggi influenza il comportamento magnetico, rivelando che gli assemblaggi di nanoparticelle si comportano come un singolo ferromagnete alla rinfusa." Ha detto Fabian. "La cosa più sorprendente è stata che le particelle sembrano comportarsi come un ferromagnete alla rinfusa, ma con un valore di magnetizzazione diverso da quello del materiale sfuso, che è un punto interessante per future indagini."

Esperimenti come questi possono offrire preziosi, conoscenza fondamentale delle ultime tecnologie dipendenti dal magnetismo, che costituiscono gran parte del mercato dell'elettronica. Ma più fondamentalmente, questi approcci nanoscopici dal basso verso l'alto stanno dimostrando mezzi controllabili per sondare le fibre fondamentali che comprendono proprietà elettromagnetiche di massa e collettive.

"Da un punto di vista fondamentale, è molto interessante studiare i nanosistemi come le nanoparticelle. Poiché possono essere fabbricati in modo molto controllato, possono anche essere studiati in un approccio sistematico. Proprietà delle nanoparticelle diverse dalla massa, o anche nuove proprietà come il superparamagnetismo, nelle nanoparticelle li rendono interessanti anche per la ricerca fondamentale."