Образец (серый) не имеет приложенного магнитного поля и имеет левые (левая вставка) и правосторонние (правая вставка) стенки магнитных доменов. При намагничивании (красный) доменные стенки образца сближаются и либо аннигилируют, либо объединяются (нижняя вставка). Предоставлено: Окриджская национальная лаборатория.

Атомы в магнитных материалах организованы в области, называемые магнитными доменами. Внутри каждого домена электроны имеют одинаковую магнитную ориентацию. Это означает, что их вращения направлены в одном направлении. «Стены» разделяют магнитные домены. Один тип стены имеет левостороннее или правостороннее вращение спина, известное как хиральность. Под действием магнитного поля хиральные доменные стенки сближаются, сжимая магнитные домены.

Исследователи разработали магнитный материал, толщина которого определяет, имеют ли хиральные доменные стенки одинаковую или чередующуюся хиральность. В последнем случае приложение магнитного поля приводит к аннигиляции сталкивающихся доменных стенок. Исследователи объединили рассеяние нейтронов и электронную микроскопию, чтобы охарактеризовать эти внутренние микроскопические особенности, что привело к лучшему пониманию магнитного поведения.

Новая область технологий, называемая спинтроникой, включает в себя обработку и хранение информации, используя вращение электрона вместо его заряда. Возможность контролировать это фундаментальное свойство может открыть новые возможности для разработки электронных устройств. По сравнению с современными технологиями эти устройства могут хранить больше информации в меньшем объеме и работать на более высоких скоростях с меньшим потреблением энергии.

Это исследование, опубликованное в Nano Letters, демонстрирует способ изменения направления вращения и появления пар доменных стенок. Это предполагает потенциальный способ управления свойствами и движением доменных стенок. Результаты могут иметь значение для технологий, основанных на спинтронике.

Возможность манипулировать движением доменных стенок остается проблемой, поскольку обычно магнитные домены могут случайным образом менять ориентацию. Кроме того, границы доменов непредсказуемо меняются, когда размеры доменов уменьшаются для обеспечения более высокой плотности хранения информации. Однако класс материалов, называемых хиральными магнитами, продемонстрировал потенциал для смягчения случайного поведения стенок доменов. Это связано с тем, что хиральные магниты имеют сложную спиновую структуру, которая помогает уменьшить случайное обращение доменов.

Исследователи из Университета Индианы и Университета Пердью в Индианаполисе, Национальной лаборатории Ок-Риджа, Университета штата Луизиана, Университета штата Норфолк, Института Питера Грюнберга и Университета Луизианы в Лафайете разработали хиральный магнитный материал, вставив атомы марганца между гексагональными слоями соединений дисульфида ниобия. . Выполняя эксперименты с нейтронами в реакторе с высокими потоками изотопов (HFIR), команда смогла проанализировать магнитную наноструктуру материала при воздействии различных температур и магнитных полей.

Эти измерения были объединены с характеристикой с помощью просвечивающей электронной микроскопии Лоренца, что позволило получить более полное представление о магнитном поведении. Данные группы предполагают, что изменение толщины хирального магнита может привести к тому, что некоторые пары доменных стенок будут вращаться в противоположных направлениях, что известно как наличие противоположной хиральности. Кроме того, исследователи обнаружили, что доменные стенки с противоположной хиральностью будут двигаться навстречу друг другу и аннигилировать при воздействии внешнего магнитного поля. Полученные результаты могут послужить основой для будущих исследований по управлению магнитными свойствами для технологических приложений.