محققان نشان دادند که می‌توان با استفاده از روشی به نام آنیل کردن روی بستر کریستالی، نانوسیم‌هایی با خواص جالب توجه تولید کرد.
روشی برای تولید نانوسیم با ویژگی‌های ساختاری متفاوت
از آنجایی که دنیای ما سریع‌تر از همیشه مدرن می‌شود، نیاز روزافزون به وسایل الکترونیکی و کامپیوترهای بهتر و سریع‌تر وجود دارد. اسپینترونیک یک سیستم جدید است که از اسپین یک الکترون، علاوه بر بار آن، برای رمزگذاری داده‌ها استفاده می‌کند و کل سیستم را سریع‌تر و کارآمدتر می‌کند. نانوسیم‌های فرومغناطیسی با وادارندگی بالا (مقاومت در برابر تغییرات مغناطیسی) برای تحقق پتانسیل اسپینترونیک مورد نیاز هستند. به ویژه نانوسیم‌های کبالت-پلاتین (CoPt) با ساختار سفارشی L10 (نوعی ساختار کریستالی) برای چنین کاری مناسب هستند.
فرآیندهای ساخت مرسوم برای نانوسیم‌های سفارشی L10 شامل عملیات حرارتی برای بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی مواد است، فرآیندی که آنیل کردن روی بستر کریستالی نامیده می‌شود. این فرآیند شامل انتقال یک الگو بر روی بستر از طریق لیتوگرافی و در نهایت حذف شیمیایی لایه‌ها از طریق فرآیندی به نام اچینگ می‌شود.
حذف فرآیند اچینگ در تولید مستقیم نانوسیم‌ها بر روی بستر سیلیکونی منجر به بهبود قابل توجهی در ساخت دستگاه‌های اسپینترونیک می‌شود. با این حال، زمانی که نانوسیم‌های ساخته شده مستقیم در معرض بازپخت قرار می‌گیرند، در نتیجه تنش‌های داخلی سیم به قطرات تبدیل می‌شوند.
به تازگی تیمی از محققان به رهبری پروفسور یوتاکا ماجیما از موسسه فناوری توکیو راه حلی برای این مشکل پیدا کرده است. این تیم فرآیند ساخت جدیدی را برای ساخت نانوسیم‌های CoPt سفارشی L10 بر روی بسترهای سیلیسیم/دی‌اکسید سیلیکون (Si/SiO2) ارائه کرده است. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Nanoscale Advances منتشر شده است.
پروفسور ماجیما می‌گوید: «روش القایی نانوساختار ما امکان ساخت مستقیم نانوسیم‌های بسیار ریز CoPt با ساختار L10 با عرض‌های باریک در مقیاس ۳۰ نانومتر مورد نیاز برای اسپین ترونیک را فراهم می‌کند. این روش ساخت می‌تواند برای سایر مواد فرومغناطیسی L10 مانند ترکیبات آهن-پلاتین و آهن-پالادیوم اعمال شود.
در این مطالعه، محققان ابتدا یک زیرلایه Si/SiO2 را با ماده‌ای به نام «رزیست» پوشش دادند و آن را تحت لیتوگرافی پرتو الکترونی و تبخیر قرار دادند تا یک شابلون برای نانوسیم‌ها ایجاد کنند. سپس چند لایه از CoPt را روی بستر قرار داد. نمونه‌های رسوب‌گذاری‌شده سپس «برداشته شدند» و نانوسیم‌های CoPt باقی ماندند. سپس این نانوسیم ها در معرض حرارت بالا قرار گرفتند. محققان نانوسیم‌های ساخته شده را با استفاده از چندین روش مشخصه‌یابی بررسی کردند.
آن‌ها دریافتند که نانوسیم‌ها در طول فرآیند بازپخت، ترتیب ساختاری L10 را می‌گیرند. این دگرگونی توسط نفوذ میان اتمی، انتشار سطحی و تنش داخلی بسیار بزرگ در شعاع انحنای بسیار کوچک در مقیاس ۱۰ نانومتری نانوسیم‌ها ایجاد شد. آن‌ها همچنین دریافتند که نانوسیم‌ها قدرت وادارندگی بزرگی معادل ۱۰ کیلو ارستد (kOe) از خود نشان می‌دهند.
به گفته پروفسور ماجیما، تنش‌های داخلی روی نانوساختار در اینجا باعث ایجاد ترتیب L10 می‌شود. این مکانیسم متفاوت نسبت به مطالعات قبلی است. ما امیدواریم که این کشف زمینه جدیدی از تحقیقات به نام “مواد القا شده با نانوساختار” را باز کند.
