L'ultima generazione di dischi rigidi magnetici è costituita da pellicole magnetiche sottili, che sono materiali invar. Consentono una densità di archiviazione dei dati estremamente robusta ed elevata mediante il riscaldamento locale di nanodomini ultrapiccoli con un laser, la cosiddetta registrazione magnetica assistita dal calore, o HAMR. Il volume in tali materiali invar difficilmente si espande nonostante il riscaldamento. Un materiale tecnologicamente rilevante per tali memorie dati HAMR sono film sottili di nanograni di ferro-platino. Un team internazionale guidato dal gruppo di ricerca congiunto del Prof. Dr. Matias Bargheer presso HZB e l'Università di Potsdam ha ora osservato sperimentalmente per la prima volta come una speciale interazione spin-reticolo in questi film sottili di ferro-platino annulla l'espansione termica del reticolo cristallino.

In equilibrio termico, il ferro-platino (FePt) appartiene alla classe dei materiali invar, che si espandono appena quando vengono riscaldati. Questo fenomeno è stato osservato già nel 1897 nella lega nichel-ferro "Invar, ma è solo negli ultimi anni che gli esperti sono riusciti a capire quali meccanismi lo stanno guidando:normalmente, il riscaldamento dei solidi porta a vibrazioni reticolari che causano espansione perché gli atomi vibranti hanno bisogno di più spazio. Sorprendentemente, però, riscaldare gli spin in FePt porta all'effetto opposto:più caldi sono gli spin, più il materiale si contrae lungo la direzione della magnetizzazione. Il risultato è la proprietà nota da Invar:espansione minima.

Un team guidato dal Prof. Matias Bargheer ha ora confrontato sperimentalmente per la prima volta questo affascinante fenomeno su diversi film sottili di ferro-platino. Bargheer dirige un gruppo di ricerca congiunto presso l'Helmholtz-Zentrum di Berlino e l'Università di Potsdam. Insieme ai colleghi di Lione, Brno e Chemnitz, voleva indagare come il comportamento degli strati di FePt perfettamente cristallini differisce dai film sottili di FePt utilizzati per le memorie HAMR. Questi sono costituiti da nanograni cristallini di strati monoatomici sovrapposti di ferro e platino incorporati in una matrice di carbonio.

I campioni sono stati riscaldati localmente ed eccitati con due impulsi laser in rapida successione e quindi misurati mediante diffrazione dei raggi X per determinare quanto fortemente il reticolo cristallino si espande o si contrae localmente.

"Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che gli strati cristallini continui si espandono quando riscaldati brevemente con luce laser, mentre i nano grani disposti in modo lasco si contraggono nello stesso orientamento dei cristalli, " spiega Bargheer. "Memorie dati HAMR, d'altra parte, i cui nano-grani sono incorporati in una matrice di carbonio e cresciuti su un substrato reagiscono molto più deboli all'eccitazione laser:prima si contraggono leggermente e poi si espandono leggermente".

Alexander von Reppert, primo autore dello studio e dottorato di ricerca. studente nel gruppo di Bargheer, dice, "Attraverso questi esperimenti con impulsi a raggi X ultracorti, siamo stati in grado di determinare quanto sia importante la morfologia di tali film sottili" Il segreto, lui dice, è la contrazione trasversale, noto anche come effetto Poisson.

"Tutti quelli che hanno mai premuto con decisione su una gomma lo sanno, "dice Bargheer. "La gomma diventa più spessa nel mezzo."

Reppert aggiunge:"Anche le nanoparticelle possono farlo, considerando che nel film perfetto non c'è spazio per l'espansione nel piano, che dovrebbe andare di pari passo con la contrazione guidata dalla rotazione perpendicolare al film."

Quindi FePt, incorporato in una matrice di carbonio, è un materiale molto speciale. Non solo ha proprietà magnetiche eccezionalmente robuste. Le sue proprietà termomeccaniche impediscono inoltre la creazione di tensioni eccessive durante il riscaldamento, che distruggerebbe il materiale, e questo è importante per HAMR!