Исследователям из Германии удалось создать новый наномагнит из железа буквально по атомам при помощи спин-поляризованного острия сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Формируемые таким образом наномагниты имеют различную форму и обладают специфическими параметрами, которые можно непосредственно измерить и сравнить с результатами компьютерного моделирования. Найденные отклонения, по мнению команды, теоретически могут скрывать в себе новые фундаментальные эффекты атомарного масштаба, связанные с магнетизмом.

В своей работе группа ученых из Hamburg University (Германия) использовала спин-поляризованное острие сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) для перемещения в пространстве с высокой точностью отдельных атомов железа. Если такое острие проходит на определенном расстоянии от отдельно стоящего атома, оно фиксирует, где именно на поверхности расположена частица. А при непосредственном приближении к отдельным атомам, острие может использоваться для захвата отдельного атома и его перемещения в новую позицию.

Таким образом происходит формирование требуемой структуры.

Как поясняют сами исследователи, примененная технология сборки наномагнита атом за атомом во многом напоминала игру в конструктор LEGO, только в качестве элементарных строительных блоков использовались атомы, которые размещались на очень чистой поверхности меди. При этом каждый строительный блок (атом) ведет себя, как стрелка компаса, и его можно укладывать двумя способами (по направлению этой стрелки): вверх или вниз. Это позволяет собирать сложные по конфигурации магниты атомарного масштаба, например, в форме цепочки или более специфических геометрических фигур.

В процессе исследований ученые использовали острие СТМ, покрытое магнитным материалом, что позволяет одновременно измерять кривую намагничивания каждого из составляющих целый магнит атомов железа. Таким образом,

команда получила возможность сравнить результаты экспериментального измерения магнитного поля сформированного магнита и теоретического расчета, базирующегося на существующих на сегодняшний день моделях, получивших название «модели Изинга».

В ходе измерений они обнаружили, что

кривые намагничивания, полученные для цепочек для слабых полей на практике, отличаются от предсказанных теорией результатов. Что интересно, при более высоких значениях напряженности теоретические и экспериментальные данные для магнитного поля на удивление хорошо полностью совпадают.

По мнению исследователей,

в случае малых полей они обнаружили дополнительное магнитное поле и соответствующий ему магнитный момент, направление которого противоположно направлению основного поля. Происхождение этого дополнительного поля на данный момент неизвестно. Хотя, как оказалось, его можно зафиксировать только в линейных цепях, но не в более компактных формах магнитов.

Хотя пока проведенные эксперименты вызывают лишь появление новых загадок, ученые считают, что

предложенная методика позволит ответить на многие фундаментальные вопросы относительно магнетизма, в частности, так называемых «спиновых стеклах» или «спиновых жидкостях», которые представляют собой магнитные состояния некоторых твердых веществ.

В настоящее время немецкие ученые надеются построить новый жесткий наномагнит не только из железа, но из целой комбинации подходящих для этого элементов таблицы Менделеева.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Physics.