عدم تقارن گرداب‌های مغناطیسی در نانودیسک‌ها

گرداب‌های ایجاد شده در نانودیسک‌های فرومغناطیس یکی از موضوعات بسیار جذاب برای محققان است زیرا از این گرداب‌های مغناطیسی می‌توان برای تولید حافظه‌های غیرفرار استفاده کرد. یافته‌های اخیر پژوهشگران در آزمایشگاه ملی لورنس برکلی نشان می‌دهد که کنترل این گرداب‌ها کار بسیار دشواری است. آنها دریافتند که این گرداب‌ها حالت متقارن ندارند.

گرداب‌های ایجاد شده در نانودیسک‌های
فرومغناطیس یکی از موضوعات بسیار جذاب برای محققان است زیرا از این
گرداب‌های مغناطیسی می‌توان برای تولید حافظه‌های غیرفرار استفاده کرد.
یافته‌های اخیر پژوهشگران در آزمایشگاه ملی لورنس برکلی نشان می‌دهد که
کنترل این گرداب‌ها کار بسیار دشواری است. آنها دریافتند که این گرداب‌ها
حالت متقارن ندارند.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از پرتوهای اشعه ایکس ویژه‌ای نشان دادند
گرداب‌های مغناطیسی به‌صورت نامقارن در نانودیسک‌های فرومغناطیس وجود
دارند. به‌هم خوردن تقارن موجب بروز مشکل در ذخیره‌سازی اطلاعات می‌شود.

این که حالت گرداب در نانودیسک‌های مغناطیسی دچار عدم تقارن می‌شوند به این
معناست که باید راه حلی جهت تصحیح آن پیدا کنیم تا برای ذخیره‌سازی اطلاعات
مشکلی پیش نیاید. از سوی دیگر این رفتار غیرمتقارن موجب بروز اثراتی می‌شود
که در نهایت از آنها می‌توان در تولید حسگرها و ادوات منطقی استفاده کرد.

 

 
 
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت
عنوان Symmetry breaking in the formation of magnetic vortex states in a
permalloy nanodisk. در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.

گرداب‌های مغناطیسی به‌دلیل وجود اسپین الکترونی در نانودیسک‌های مغناطیسی
بوجود می‌آیند این حرکت اسپینی موجب بروز ممنتوم مغناطیسی و حالت گردابی در
ماده می‌شود. این مغناطیسی شدن دارای دو بخش است، پلاریته بالا و پایین
بنابراین اطلاعات را می‌توان به صورت صفر و یکی روی آن ذخیره کرد.

فرض بر این بوده که حالت‌های گردابی دارای تقارن هستند و این تقارن برای
ذخیره‌سازی اطلاعات ضروری است. اما محققان این پروژه با مطالعات دقیق‌تر
نشان دادند که این موضوع صحت ندارد. آنها دریافتند که رفتار این مواد در
مقیاس‌های بزرگتر از آنچه که در مقیاس نانو وجود دارد متفاوت است.
پژوهشگران در این پروژه به بررسی آرایه‌هایی از نانودیسک‌ها پرداختند. در
این پژوهش از میکروسکوپ اشعه ایکس عبوری استفاده شد که قدرت تفکیک آن ۲۰
نانومتر بود. این میکروسکوپ دارای کنتراست مناسبی برای مواد مغناطیسی است
به‌طوری که در مطالعه دینامیک اسپینی نانومقیاس بسیار مفید است.

در این پروژه از آلیاژ نیکل آهن استفاده شد که به‌صورت آرایه‌هایی در آمده
بود. شعاع این نانودیسک‌ها ۵۰۰ نانومتر و ضخامت‌شان ۱۰۰ نانومتر است. این
نانودیسک‌ها روی غشاء نیترید سیلیکون قرار داده شده‌اند. نتایج کار
پژوهشگران روی این ساختارها نشان داد که عدم تقارن در آنها به‌وفور یافت
می‌شود که این موضوع موجب بروز نقص در این ساختارها می‌شود بیشتر این
نقص‌ها در لبه نانودیسک‌ها دیده شد.