(Phys.org) —Os cientistas fabricaram uma superrede de ímãs de átomo único em grafeno com uma densidade de 115 terabits por polegada quadrada, sugerindo que a configuração pode levar a mídia de armazenamento de próxima geração.

"Os ímãs de átomo único representam o limite máximo para dispositivos de armazenamento magnético de densidade ultra-alta, "Stefano Rusponi, um físico da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) e co-autor da nova pesquisa, contado Phys.org . "Até aqui, os pesquisadores se concentraram principalmente nas propriedades magnéticas de átomos individuais e pequenos aglomerados distribuídos aleatoriamente nas superfícies de suporte. "[Ver artigos anteriores aqui e aqui.]

"Em nosso novo jornal, demonstramos a capacidade de realizar uma superrede de átomos individuais com magnetização estável. Isso representa o primeiro protótipo de uma mídia de armazenamento baseada em um único átomo por bit. "

Como os pesquisadores explicaram, um grande desafio no uso de uma matriz de ímãs atômicos como um dispositivo de armazenamento de dados é garantir que os ímãs sejam estáveis ​​e não interajam uns com os outros, uma vez que isso pode resultar em perda de dados.

Para enfrentar este desafio, a equipe de pesquisa, liderado pelo Professor Harald Brune na EPFL, aproveitou as boas propriedades magnéticas dos átomos de disprósio, junto com as propriedades do substrato de grafeno-irídio.

Parte da razão para a magnetização altamente estável é por causa da incompatibilidade de rede entre o grafeno e o irídio, que cria um padrão moiré periódico. Este padrão periódico leva a um arranjo equidistante dos locais de adsorção de disprósio mais favoráveis.

Quando os átomos de disprósio são depositados no substrato a cerca de 40 K, sua difusão de superfície é ativada, o que os faz pular na superfície. Esse movimento permite que eles alcancem os locais de adsorção mais favoráveis ​​determinados pelo padrão moiré, para que formem uma matriz altamente ordenada, com uma distância média entre átomos de apenas 2,5 nanômetros.

Uma vez montado, a estabilidade magnética dos átomos pode ser afetada de algumas maneiras, incluindo espalhamento com elétrons e fônons na superfície, bem como por tunelamento quântico dos estados magnéticos.

Felizmente, duas das propriedades benéficas do grafeno são suas densidades de elétrons e fônons muito baixas, que protege os átomos de disprósio contra a dispersão. Além disso, os átomos de disprósio têm um estado fundamental magnético favorável que protege contra o tunelamento quântico da magnetização. Ambas as propriedades contribuem para a alta estabilidade magnética da superrede.

As medições mostraram que a superrede tem uma histerese magnética muito grande - que é uma medida da irreversibilidade de um ímã - que supera os melhores ímãs moleculares de íon único baseados em disprósio. Os pesquisadores explicam que a alta estabilidade magnética depende de todas as propriedades combinadas dos átomos e do substrato de grafeno-irídio, e a falta de apenas uma dessas propriedades reduz muito a estabilidade.

Uma das desvantagens atuais do projeto é que a estabilidade magnética diminui em temperaturas mais altas. No futuro, os pesquisadores planejam melhorar a estabilidade térmica da superrede, possivelmente pelo crescimento de grafeno em um substrato isolante.

"A estabilidade magnética dos átomos de disprósio é limitada a temperaturas abaixo de 10 K e é sensível à contaminação, exigindo assim condições de ultra-alto vácuo para nossos experimentos, "Rusponi disse." No futuro, planejamos melhorar o desempenho da superrede magnética de átomo único. Primeiro, pretendemos aumentar a temperatura máxima na qual a estabilidade magnética sobrevive, encontrando a combinação ótima de espécies de átomo único e substrato de suporte. Segundo, pretendemos proteger a superrede com uma camada de cobertura preservando as propriedades dos átomos magnéticos. "