p No trabalho, isso poderia ajudar a tornar possível um processo mais rápido, método de armazenamento de dados mais duradouro e com baixo consumo de energia para consumidores e empresas, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colegas desenvolveram uma técnica de geração de imagens e estudo de uma classe promissora de dispositivos magnéticos com 10 vezes mais detalhes do que microscópios ópticos. p Os materiais magnéticos têm atraído um número crescente de pesquisadores na busca por armazenar e ler mais rapidamente bits de informação digital. Em um sistema magnético, os dados são codificados pela direção da magnetização:uma barra magnética com seu pólo norte apontando para cima pode representar o código binário "0, "enquanto o mesmo ímã com seu pólo norte apontando para baixo pode representar um" 1 ". Ao contrário do chip de computador semicondutor padrão, dispositivos de memória magnética podem reter informações mesmo se a alimentação for desligada.

p Ao controlar quando e com que rapidez a magnetização pode ser invertida sem gastar energia elétrica significativa, os cientistas esperam melhorar uma tecnologia existente chamada Memória de Acesso Aleatório Magnético, ou MRAM, em uma ferramenta líder de leitura, escrever e armazenar informações. MRAM ainda não é competitivo com outros métodos existentes de armazenamento de dados, como flash RAM, mas oferece vantagens sobre as tecnologias atuais, como consumo reduzido de energia.

p Para cumprir a promessa do MRAM, os pesquisadores estão investigando a estrutura magnética em escala nanométrica de filmes finos de metal que têm o potencial de servir como dispositivos de memória no MRAM. No NIST, Ian Gilbert e seus colegas usaram uma técnica de imagem eletrônica de alta resolução, desenvolvido pelo físico John Unguris, para examinar a nanoestrutura de filmes magnéticos antes e depois de sua magnetização ser revertida.

p A tecnica, microscopia eletrônica de varredura com análise de polarização (SEMPA), usa um feixe de elétrons espalhados por uma película fina para revelar a topografia em nanoescala, repleto de colinas e vales em miniatura, da superfície do filme. Elétrons ejetados da superfície pelo feixe de elétrons que chegam também são detectados e separados de acordo com a direção de seu spin - uma propriedade quântica que confere às partículas carregadas um momento angular intrínseco e um minúsculo campo magnético. A direção dos spins dos elétrons ejetados revela variações na estrutura magnética da amostra - mudanças na direção da magnetização - em uma escala cerca de 10 vezes menor do que a vista com um microscópio óptico.

p A capacidade da SEMPA de discernir minúsculas estruturas magnéticas é crítica, pois os engenheiros fabricam dispositivos de memória magnética cada vez menores, observou Gilbert. Com SEMPA, "podemos ver essas texturas realmente finas na magnetização, " ele disse.

p Gilbert e seus colaboradores, que incluem cientistas do NIST e da Universidade de Maryland, também usaram o spin do elétron para inverter a magnetização em sua amostra de filme fino, uma liga de cobalto, ferro e boro. Ao passar uma pequena corrente elétrica através de uma tira subjacente de um filme de metal não magnético, como a platina, a equipe criou um fluxo de elétrons cujos spins apontam todos na mesma direção. Quando este fluxo de elétrons, conhecido como corrente de spin, passou pelo filme fino magnético, seu giro exerceu uma pequena força de torção, ou torque, nas regiões magnéticas do filme. O torque era grande o suficiente para girar e inverter a magnetização.

p As imagens SEMPA tiradas antes da aplicação de uma corrente revelaram que a direção da magnetização variava, na nanoescala, através da amostra de filme fino. Cada pequena região da amostra tem seu próprio eixo preferido ao longo do qual os pontos de magnetização, disse Gilbert. A equipe relatou recentemente suas descobertas no jornal Revisão Física B .

p Essas variações em nanoescala da magnetização podem se tornar cruciais para documentar, disse Gilbert, para engenheiros que tentam otimizar o desempenho de um dispositivo de memória magnética. A variação na direção da magnetização também pode afetar a capacidade do spin do elétron de inverter a magnetização.

p "Em vez de girar a magnetização para cima ou para baixo, a corrente de spin vira a magnetização ao longo de qualquer que seja o seu eixo local [spin] preferido, "observa Gilbert. A variação na direção da magnetização sugere que os materiais usados ​​para dispositivos de memória magnética podem precisar ser aquecidos suavemente, um processo que alinha os domínios magnéticos em nanoescala.

p Em trabalho separado, Os cientistas do NIST Mark Stiles e Vivek Amin, que tem um compromisso conjunto com a Universidade de Maryland, foco na teoria que descreve o torque medido nos experimentos SEMPA. Lá, um fluxo de elétrons polarizados gerados em uma faixa de metal não magnética interage com a magnetização de um material sobreposto. Em particular, a equipe desenvolveu um modelo que pode ajudar a determinar qual grupo de elétrons polarizados desempenha o papel mais importante na reversão da direção da magnetização no material adjacente - aqueles originados na superfície do material não magnético ou aqueles do interior.

p A resposta pode orientar a fabricação de dispositivos de memória magnética mais eficientes. Por exemplo, determinar qual grupo de elétrons são os atores dominantes pode sugerir maneiras de minimizar a corrente necessária para inverter a magnetização, Disse Stiles.

p "Agora mesmo, estamos em processo de divulgação do modelo para experimentalistas, tentando fazer com que eles o usem para entender melhor seus dados, " ele notou.