Kollektiv dynamik i magnetiska nanostrukturer
Forskare vid avdelningen för fasta tillståndets fysik och avdelningen för materialfysik vid Uppsala universitet har visat hur den kollektiva dynamiken i en struktur bestående av växelverkande magnetiska nanoöar kan manipuleras.
Forskarna har med hjälp av nanoteknologiska framställningsmetoder härmat naturen och skapat ett 2D-mönster av små stadiumformade magnetiska öar. Dessa väldigt små magneter härmar de magnetiska egenskaperna hos atomer och uppvisar termiska fluktuationer. Med hjälp av en mycket känslig specialbyggd magnetometer utvecklad i Uppsala, har forskarna studerat hur magnetiseringen hos ett kollektiv av dessa öar utvecklas som funktion av tid och temperatur.
– Fördelen av att använda dessa jättesmå magneter istället för magnetismen från enskilda atomer är att vi kan via formen och storleken på öarna exakt kontrollera egenskaperna hos våra byggstenar, något som är svårt när man använder enskilda atomer. Att ha exakt kontroll av sina byggstenar underlättar oerhört när man ska förstå sina mätningar, förklarar Vassilios Kapaklis, docent i materialfysik vid Uppsala universitet.
När byggstenarna tillåts att interagera bildar de en sorts magnetiskt kollektiv och det är utvecklingen av denna typ av kollektiv som forskarna har studerat. Kollektivet kan visa upp nya egenskaper som skiljer sig markant mot byggstenarnas egenskaper vilka kan styras genom placeringen av byggstenarna.
– Resultaten visar att man med hjälp av magnetometri kan följa utveckling av kollektivet i realtid och relativt enkelt kan studera temperaturens inverkan på kollektivet i ett stort temperaturintervall, berättar Mikael Andersson, doktorand inom fasta tillståndets fysik vid Uppsala universitet.
Att förstå kollektiva effekter är något som är viktigt vid eventuella tillämpningar av jättesmå växelverkande magneter, som hos magnetiska logiska kretsar där ingen ström behovs för att bibehålla det önskade tillståndet.
Arbetet utfördes i samarbete med forskare vid Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory i USA.
Forskningen har finansierats med medel från Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Göran Gustafssons Stiftelse och Stiftelsen för internationalisering av högre utbildning och forskning.
Studien presenteras i den vetenskapliga tidskriften Scientific Reports:
Andersson et al. (2016) Thermally induced magnetic relaxation in square artificial spin ice, Scientific Reports, DOI:10.1038/ srep37097
Elin Bäckström