p Em colaboração com colegas do Instituto Leibniz para o Estado Sólido e Pesquisa de Materiais de Dresden (IFW) e da Universidade de Glasgow, físicos do centro de pesquisa alemão Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) estão trabalhando para produzir nanoestruturas magnéticas projetadas e para adaptar as propriedades dos materiais em nanoescala. Os cientistas usam um microscópio especial no HZDR Ion Beam Center para atingir esse objetivo. O feixe de íons ultrafinos deste microscópio é capaz de produzir nanoímãs dispostos periodicamente em um material de amostra. O dispositivo também pode ser usado para otimizar as propriedades magnéticas dos nanotubos de carbono. Os pesquisadores agora relatam suas descobertas em dois artigos que foram publicados em Pequena . p “A sintonia magnética de materiais na faixa nanométrica oferece um grande potencial para a produção de componentes eletrônicos de última geração. Buscamos várias abordagens em relação às nossas nanoestruturas magnéticas, todos os quais envolvem o uso de feixes de íons, "declarou os pesquisadores do HZDR, Dr. Rantej Bali, Dr. Kilian Lenz e Dr. Gregor Hlawacek. Se, por exemplo, um feixe de íons é direcionado a uma liga de ferro-alumínio não ferromagnética, ele pode deslocar algumas centenas de átomos. Os átomos na liga, então, se reorganizam, aumentando assim o número de átomos de ferro magnético adjacentes. Como resultado, um ímã é formado nas proximidades do local do bombardeio. Esta abordagem permitiu aos pesquisadores gravar nanoímãs localmente em filmes finos de um material que era originalmente não ferromagnético.

p Desordem induz a incorporação de nanoímãs

p Em seu último trabalho, os cientistas do HZDR demonstram que a desordem induzida por feixe de íons também aumenta o volume da estrutura de rede subjacente, embora não uniformemente em todas as direções espaciais. A distorção da rede também afeta o comportamento magnético. Por exemplo, em uma tarja magnética alongada, espera-se que a magnetização se alinhe ao longo do eixo longo - como normalmente é o caso em uma barra magnética convencional. Por causa da distorção da rede nos nanoímãs incorporados, no entanto, componentes de magnetização transversal também são observados. O efeito líquido é que os momentos magnéticos tendem a se "curvar" em relação ao comprimento do ímã de maneira periódica. Estes estáveis, domínios magnéticos periódicos também podem ser formados de forma confiável em ímãs curvos, e pode encontrar aplicações em sensores magnéticos miniaturizados, por exemplo.

p No microscópio de íon hélio HZDR, os físicos usaram gases nobres para produzir feixes de íons extremamente finos - e, portanto, altamente precisos. "O diâmetro do nosso feixe de íons tem apenas alguns átomos de largura, "explicou Gregor Hlawacek, que coordena os experimentos no microscópio de íon hélio. "Dependendo de qual gás nobre é usado, podemos então modificar as propriedades do material irradiado ou alterar sua morfologia removendo átomos. "Apesar do nome, o microscópio de íon hélio não se limita apenas ao uso de hélio. Em seus últimos experimentos, os pesquisadores usaram neon, que é mais pesado que o hélio, e, portanto, tem um impacto mais forte no material a ser modificado. A cooperação com a Universidade de Glasgow também permitiu aos cientistas do HZDR usar o microscópio eletrônico de transmissão localizado em sua cadeira de física de matéria condensada e material.

p Os experimentos de Rantej Bali envolveram o uso de um feixe de íons de néon como uma caneta magnética de escrita:"O feixe de íons permite que nanoestruturas magnéticas sejam produzidas em qualquer formato ou forma, que estão embutidos no material e definidos apenas por suas propriedades magnéticas e cristalográficas, "afirmou Bali, resumindo os resultados de sua pesquisa anterior, conduzido no HZDR dentro de um projeto DFG.

p Usando íons de néon para aparar materiais

p Kilian Lenz, por outro lado, usa o método de manipulação de feixe de íons focado para otimizar as propriedades desejáveis ​​do material, alterando a geometria da própria nanoestrutura. O feixe de íons de néon usado tem um diâmetro de apenas dois nanômetros. No local do bombardeio, irregularidade no material, ou simplesmente bordas de material, são removidos em igual dimensão. "Nós examinamos isso usando nanotubos de carbono contendo um núcleo de ferro magnético quase cilíndrico. A estrutura e a geometria desses nanotubos podem ser otimizadas por corte no microscópio de íon hélio, "afirmou Lenz, descrevendo o processo.

p Um micromanipulador é usado para separar um único tubo - com diâmetro de 70 nanômetros e comprimento de 10 micrômetros - e para colocá-lo em um microrressonador para medição. "É um processo extremamente elaborado que a equipe do Instituto Leibniz para Pesquisa em Estado Sólido e Materiais de Dresden desenvolveu para nós, "explicou Lenz. A combinação única de cortes usando o feixe de íons focado e medições da ressonância ferromagnética do núcleo de ferro permite aos pesquisadores, liderado por Lenz, para lançar luz sobre uma estrutura magnética quase perfeita para revelar as propriedades do núcleo de ferro no nanotubo.

p Tais métodos para a manipulação direcionada de propriedades de materiais nanomagnéticos usando feixes de íons focalizados continuarão a ser explorados no Instituto de Física de Feixes de Íons e Pesquisa de Materiais do HZDR no futuro. Os cientistas acreditam que seu método e os materiais sintonizados que ele produz têm potencial para alcançar o progresso em aplicações spintrônicas e na fabricação de dispositivos sensores ou meios de armazenamento inovadores.