Επιστήμονες χρησιμοποιούν μικροσκόπια για να δουν το μαγνητισμό σε ατομικό επίπεδο

Από σελίδα ScienceDaily, 8 Νοεμβρίου 2002

Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί φτιάχνουν τρανζίστορ για τις τηλεοράσεις, τα ραδιόφωνα και παρόμοιες ηλεκτρονικές συσκευές, που βασίζονται στα κινούμενα ηλεκτρόνια. Αλλά το ηλεκτρόνιο έχει επίσης μια άλλη βασική ιδιότητα: μια μαγνητική "ιδιοπεριστροφή" ή spin, που οι επιστήμονες θεωρούν ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αναπτύξει γρηγορότερες, μικρότερες και αποδοτικότερες συσκευές.

Το πρώτο βήμα είναι να καθοριστούν οι μαγνητικές ιδιότητες των υλικών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν τις μελλοντικές συσκευές σε νανοκλίμακα, μια εργασία που ακόμη δεν έχουν πετύχει οι επιστήμονες. Αλλά η έρευνα που δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters στις 6 Νοεμβρίου από μια ομάδα Πανεπιστημιακών φυσικών του Οχάιου απαριθμεί μια τεχνική για το μαγνητισμό στην ατομική κλίμακα, χρησιμοποιώντας ένα Σαρωτικό Μικροσκόπιο Ανίχνευσης.

Οι φυσικοί Arthur Smith και Haiqiang Yang υιοθέτησαν αυτό, το μεγάλης ισχύος, μικροσκόπιο για να εξερευνήσουν τις μαγνητικές ιδιότητες μιας νέας κρυσταλλικής ένωσης που συντέθηκε από το μαγγάνιο και το άζωτο και η οποία έχει πιθανή χρήση στις μελλοντικές ηλεκτρονικές ή μαγνητικές συσκευές.

"Είναι η καλύτερη τεχνική που έχουμε για τη μέτρηση της μαγνητικής δομής στην ατομική κλίμακα", είπε ο Smith.

Σε μια συσκευή που υιοθετεί και ηλεκτρονική και "spintronics", ένα λεπτό στρώμα του μαγνητικού υλικού θα προστεθεί πάνω σε υλικό συμβατικής ηλεκτρονικής για να βελτιώσει την απόδοση του. Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν ένα spintronics LED για τις οθόνες των υπολογιστών, ισχυρότερους σκληρούς δίσκους και τον κβαντικό υπολογιστή, που θα μπορούσε να καταστήσει δυνατόν την εκτέλεση ορισμένων σύνθετων υπολογισμών, οι οποίοι θα ήταν ουσιαστικά αδύνατον να γίνουν χρησιμοποιώντας τους συμβατικούς υπολογιστές, λέει ο Smith, ένας καθηγητής της φυσικής και της αστρονομίας.

"Αυτές οι μελλοντικές συσκευές  είναι ακόμη άγνωστες και οι άνθρωποι τώρα έχουν αρχίσει να σκέφτονται για το που θα χρησιμοποιηθούν", είπε.

Οι επιστήμονες προσπαθούν να τις κάνουν να δουλέψουν στη θερμοκρασία δωματίου. Οι τρέχουσες συσκευές εργάζονται σε ψυχρές θερμοκρασίες, περίπου στο μείον 320 βαθμούς Fahrenheit.

Ο Smith και ο Yang, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Οχάιου, έχουν μελετήσει τις ιδιότητες της κρυσταλλικής ένωσης του μαγγανίου και του αζώτου επί δύο έτη, καθώς αυτή έχει τη δυνατότητα να λειτουργήσει στη θερμοκρασία δωματίου. Σε πρόσφατο πείραμα, οι επιστήμονες έντυσαν την άκρη μιας βελόνας με μαγνητισμένα άτομα. Κατόπιν, χρησιμοποιώντας αυτή τη βελόνα στο μικροσκόπιό τους, όπως η βελόνα ενός πικάπ "διαβάζει" τις καταγραμμένες πληροφορίες σε μια μικροσκοπική επιφανειακή περιοχή, παρατήρησαν τους μαγνητικούς πόλους μερικών σειρών των ατόμων, που έχουν μια ορισμένη κατεύθυνση, και τους πόλους άλλων σειρών των ατόμων που δείχνουν στην αντίθετη κατεύθυνση. Στις μη-μαγνητικές επιφάνειες, τα άτομα δεν έχουν προσανατολισμένους μαγνητικούς πόλους.

Άλλοι επιστήμονες είχαν λίγη επιτυχία χρησιμοποιώντας άλλες τεχνικές - που είναι επίσης έμμεσες ή στερούνται της απαραίτητης ευαισθησίας -- για να απεικονίσουν το μαγνητικό spin στο ατομικό επίπεδο. Αυτό δείχνει ότι το Σαρωτικό Μικροσκόπιο Ανίχνευσης με το πολωμένο spin, έχει ελπίδες για την έρευνα σε αυτή την περιοχή, είπε ο Smith.

"Το έγγραφό μας παρέχει νέα στοιχεία ότι αυτή η τεχνική δουλεύει και αυτό είναι μια πολύ σημαντική τεχνική για τη νανοτεχνολογία", συνέχισε.

Ο νανομαγνητισμός είναι μια περιοχή της νανοτεχνολογίας που ανεβαίνει συνεχώς, τόνισε ο Smith είπε, και οι επιστήμονες στο πεδίο αυτό αναμένουν να αρχίσουν να κτίζουν μαγνητικές δομές νανοκλίμακας στα επόμενα δύο έτη. Τώρα που οι φυσικοί είναι σε θέση να μετρήσουν το spin σε νανοκλίμακα, προσθέτει ο Yang, ελπίζουν επίσης να χρησιμοποιήσουν το Σαρωτικό Μικροσκόπιο Ανίχνευσης για να τροποποιήσουν την επιφάνεια των μαγνητικών ενώσεων.