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さらに進化する「ナノ」の世界。可能な限り高密度のナノ磁石で大容量データストレージを実現

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本記事は、Data Storage With Highest Possible Density of Nanomagnets
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分49秒

・物理学者が、正方形のナノ磁石のアレイ【配列】をより良く制御する新しいモデルを開発。
・この技術は、大容量データストレージやマイクロ・ナノ外科手術に役立つ可能性がある。

 

ここ数十年、ナノスケール素子の研究に強い関心が寄せられています。それは、特に固有周波数に近い外部磁場周波数において、マイクロ・ナノ手術、大容量データストレージ、スピントロニクス【磁気をもたらすスピンの性質も利用するエレクトロニクスの分野】への応用が考えられるからです。

 

特定のシナリオの下では、マイクロおよびナノスケール材料の磁化は渦分布を示します。減磁とエネルギー交換の競合により、渦中心には高度に不均一な磁化領域が形成されます。

 

超大容量データ記憶装置を開発するには、別々のナノ磁石で構成されたアレイ内に、可能な限り高密度の材料を配置する必要があります。これらの材料が近ければ近いほど、材料間の磁気的相互作用は高くなります。

 

正方形のナノ磁石を互いに近づけると、共鳴線は1本ではなく、複数の磁気共鳴線が存在します。個々のナノ磁石の異なる振動モードからの複数の磁気共鳴線は、完全なアレイシステムの他の振動モードと整列します。

 

磁性素子間の相互作用は距離が離れるほど弱くなるため、磁化の振動モード周波数は各素子のコア運動の共振周波数とわずかに異なります。

 

ジャイロスコープの歳差運動
出典:Wikimedia

 

ナノメートルの正方形の材料の磁化は固定されておらず、らせん運動で移動します。これは、ナノメートルの正方形の材料の中央部分を中心とした歳差運動【自転している物体の回転軸が、円をえがくように振れる現象】に従う電子のスピン (自由度とも呼ばれます) によるものです。

 

ナノ磁石を制御する新しいモデル

研究者は、正方形のナノ磁石の2次元アレイを頼りに、そのような材料の磁化を分析することができます。最近、ロシアのキレンスキー物理学研究所の物理学者たちが、このようなナノ磁石アレイをより良く制御するための新しいモデルを開発しました。彼らは、各ナノ磁石間の磁気相互作用に関係するすべてのパラメーターを考慮しました。

 

正方形素子アレイの一部の磁化構造
出典:Springer

 

これまでの研究者たちが、特定のナノ磁石の複数の形状を使用したのとは異なり、今回の研究では、アレイ内の最も近い素子の極性とキラリティ【分子の非対称性】の異なる組み合わせを分析しています。考慮している要因は次のとおりです。

 

・コア磁気モーメント間の静磁気相互作用。
・コアが準粒子として位置するポテンシャルの非円柱対称性。
・ナノメートルの正方形の素子の静磁気相互作用エネルギーを測定するための四重極項。

 

元素間の重要な相互作用は、密に詰め込まれた磁性体のアレイにおける磁化モード(極性とキラリティ)の制御に役立つ可能性があります。これは、単一の振動状態によって結合された元素全体のモードを制御する可能性を開くかもしれません。

 

結論:ナノサイズの巨大アレイをベースにしたデバイスを開発する際に、磁気モーメントの相互作用を無視することはできません。

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