С 1970-х количество компонентов в компьютерных микросхемах удвоило всех до двух лет, их уменьшения размера. Это развитие сделало производство маленьких, мощных компьютеров, таких как смартфоны возможным впервые. Тем временем много компонентов только почти столь же большие как вирус, и процесс миниатюризации замедлился. Это вызвано тем, что ниже приблизительно нанометра, одной миллиардной метра в размере, квантовые эффекты играют роль.
Они делают его тяжелее, например, чтобы стабилизировать магнитные моменты. Исследователи во всем мире ищут подходящие материалы для магнитно стабильных наномагнитов так, чтобы данные могли храниться безопасно в самом маленьком из мест.В этом контексте, стабильном, означает, что магнитные моменты последовательно указывают в одном из двух предписанных направлений.
Направление тогда кодирует бит. Однако магнитные моменты атомов всегда находятся в движении.
Спусковой механизм здесь – так называемая энергия нулевых колебаний, энергия, которой квант механическая система обладает в ее стандартном состоянии при температуре абсолютного нуля. «Это заставляет магнитные моменты атомов колебаться даже при самой низкой из температур и таким образом работает против стабильности магнитных моментов», объясняет доктор Джулен Ибэнез-Азпироз от Helmholtz Young Investigators Group «Функциональная Наноразмерная Лаборатория Исследования и Моделирования Структуры» в Институте Петера Грунберга и в Институте Передового Моделирования. Когда слишком много энергии существует в системе, магнитные моменты переворачивают, и сохраненная информация потеряна.
«Наши вычисления показывают, что нулевой пункт, магнитные колебания могут даже достигнуть того же самого порядка величины как сам магнитный момент», сообщает Ибэнез-Азпироз. «Это объясняет, почему поиск стабильных наномагнитов настолько трудный». Есть, однако, также копия этому, в форме энергетического барьера, который должен преодолеть момент, как он вращается. Высота барьера зависит от материала, из которого это сделано.Исследователи Юлиха занялись расследованиями, как квантовые эффекты влияют на магнитную стабильность, подробно используя особенно многообещающие материалы от класса металлов перехода.
От их результатов они установили рекомендации для развития стабильных наномагнитов с низкими уровнями квантовых колебаний. Их диаграмма, показывающая пригодность различных элементов, должна служить строительным комплектом для объединения сложных наномагнитов, сделанных из нескольких различных атомов.«Мы нашли самые маленькие колебания материалов с сильным магнитным моментом, который в то же время взаимодействует слабо с тем из материала перевозчика.
Кроме того, материал должен быть выбран так, чтобы энергетический барьер, который предотвращает вращение магнитного момента, был как можно больше», подвел итог профессор Самир Лунис, физик, возглавляющий Young Investigator Group. «У этого знания есть практическое применение: Например, собирание в группу атомов увеличивает полный магнитный момент, и материал перевозчика изолирования должен быть отобран вместо металлического».Ученые систематически исследовали связь между характерными свойствами атомов и силой магнитных колебаний, вызванных энергией нулевых колебаний.
Для этого они использовали так называемый «с начала» вычисления, которые базируются только на общепринятых физических законах без адаптации к экспериментальным данным. Ibanez-Azpiroz теперь планирует дальнейшие вычисления, чтобы посмотреть на то, как количество атомов влияет на колебания.