Поведение так называемых простых магнитных диполей в наномасштабе лишь частично совпадает с предсказаниями теоретических моделей.

Магнетизм! Пожалуй, ни одно физическое явление не изучается так давно и с таким тщанием. И всё-таки физики из Германии утверждают, что полная ясность в этом вопросе нам только снится.

Наблюдая взаимодействие магнитных диполей в наномасштабе, учёные с удивлением обнаружили, что диполи формировали цепи, а вовсе не зигзаги, что теоретически ожидались от взаимодействия одиночных диполей.

Рис. 1. Микроснимок магнитного состояния островков при 140 К. В синих точках магнитные диполи устремлены вверх, в красных — вниз. Белые островки указывают на ориентацию диполя, перпендикулярную «красным» и «синим». (Иллюстрация Zabel et al., Phys. Rev. Lett).

Эксперимент физиков под руководством Хартмута Забеля (Hartmut Zabel) из Рурского университета в Бохуме (ФРГ) потребовал нарезки правильными квадратиками решётки из тонкой магнитной плёнки на основе железа и палладия. Решётка состояла из круглых «островков», каждый по 150 нм в диаметре.

Меняя содержание железа, исследователи собирались воздействовать на температуру Кюри (точку перехода в ферромагнитное состояние). Сама решётка изготавливалась при помощи электронно-лучевой литографии, удалявшей материал из 300-нанометровых промежутков между «островками».

Так был получен массив наномагнитов приемлемых параметров. Выше определённой температуры тепловые колебания интерферируют со взаимодействиями между каждым из таких нанодиполей. Это позволяло любому «островку» принимать самую энергетически благоприятную ориентацию — основное состояние с наименьшей возможной внутренней энергией.

Чтобы отследить конечный вид ориентации диполей, учёные использовали фотоэмиссинную электронную спектроскопию на электронном синхротроне BESSY II, находящемся в Берлине. Тамошние рентгеновские фотоны стимулировали отдельные электроны в облучаемом материале, что позволяло получить информацию о положении диполей.

Выяснилось следующее: островки-диполи сформировали серию параллельных и антипараллельных линий.

Прилегающие полюса разных диполей складывались при этом в звенья цепи, в то время как близкое присутствие у каждого «островка» четырёх соседей должно было привести к более хаотичному зигзагообразному выстраиванию, теоретически предсказанному при чистом дипольном взаимодействии.

То, что на деле всё не так, может, по словам авторов, иметь важное практическое значение. Скажем, винчестеры хранят данные в виде битов и технически считаются ферромагнитными плёнками с противоположными направлениями намагничивания, которые и кодируют состояние бита.

В НЖМД будущего понадобится минимизировать отдельные ферромагнитные участки такой плёнки до наномасштабов, сохранив способность переключать состояние минимальных «островков», отвечающих битам хранимой информации, независимо друг от друга, даже несмотря на наличие между последними определённого магнитного взаимодействия.

> «Однако простой модели из учебника, описывающей взаимодействие диполей, недостаточно, чтобы объяснить их экспериментальные «повадки», и это требует доработки теоретических моделей», — подчёркивает сторонний комментатор Аксель Эндерс (Axel Enders), адъюнкт-профессор из Университета Небраски-Линкольна (США).

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.