Дефекты как усилитель магнетизма

Магнитные материалы лежат в основе многих технологий — от хранения данных до устройств, использующих принципы спиновой электроники. Однако с уменьшением размера микросхем и, соответственно, приближении размеров магнитных компонентов к наномасштабам, магнитные свойства последних могут исчезать. Группа японских ученых под руководством Ясукадзу Мураками (Yasukazu Murakami) из Института физико-химических исследований RIKEN и Университета Тохоку смогли найти метод создания стабильных, мощных наномагнитов благодаря открытию усиления намагниченности, связанному с наноразмерной атомной разупорядоченностью в железо-алюминиевых сплавах.

Железо-алюминиевые сплавы с высоким содержанием железа имеют необычные свойства — небольшие механические или температурные деформации могут резко усилить ферромагнитные свойства таких материалов. Исследователи считают, что этот эффект возникает в результате перехода между химически упорядоченной фазой и химически неупорядоченной фазой, что повышает плотность ближайших атомных пар железо-железо в кристалле. Упорядоченная фаза содержит двумерные дефекты, называемых антифазными границами с пониженной степенью порядка.

Наблюдение антифазных границ, однако, является непростым процессом вследствие того, что многие исследовательские инструменты неспособны изолировать магнитные сигналы, исходящие от сложных, узких наноразмерных областей. Мураками и его коллегами удалось решить эту проблему, используя недавно разработанный той же группой метод электронной голографии с разделением облучения (split-illumination electron holography). Этот метод электронной микроскопии делит случайную электронную волну на два пучка — один взаимодействует с образцом, второй является опорным. Результатом интерференции двух пучков является электронная голограмма с достаточно высоким уровнем «сигнал-шум», позволяющим обнаружить микроизменения в смежных магнитных полях.

По словам Мураками, эти неожиданные выводы, которые противоречит традиционным представлениям о порядке магнитных моментов атомов, могут быть фундаментом для создания наномагнитов на основе антифазных границ, управляемых электронным микроскопом с высоким разрешением: «Метод электронной голографии, используемый в нашей работе, позволяет анализировать намагниченность нанометровых областей. Такой подход можно широко применять для решения задач в спинтронике, физике, химии и материаловедении».