Наномагнетик

В магнетизме наномагнетик , — это система наноскопического масштаба которая представляет собой спонтанный магнитный порядок ( намагниченность ) при нулевом приложенном магнитном поле ( остаточная намагниченность ).

Небольшой размер наномагнитов предотвращает образование магнитных доменов (см. однодоменный (магнитный) ). Динамика намагничивания достаточно маленьких наномагнетиков при низких температурах, обычно одномолекулярных магнитов , представляет собой квантовые явления , такие как макроскопическое спиновое туннелирование . При более высоких температурах намагниченность претерпевает случайные тепловые флуктуации ( суперпарамагнетизм ), которые ограничивают использование наномагнитов для постоянного хранения информации.

Каноническими примерами наномагнитов являются зерна. ^[1]^[2] ферромагнитных ) металлов ( железа , кобальта и никеля и одномолекулярных магнитов. ^[3] Подавляющее большинство наномагнитов содержат переходных металлов ( титан , ванадий , хром , марганец , железо, кобальт или никель) или редкоземельных металлов ( гадолиний , европий , эрбий магнитные атомы ).

Окончательный предел миниатюризации наномагнитов был достигнут в 2016 году: отдельные атомы Ho обладают остаточной намагниченностью при нанесении на атомарно тонкий слой MgO, покрывающий серебряную пленку, как сообщили ученые из EPFL и ETH в Швейцарии. ^[4] До этого самыми маленькими наномагнитами, о которых сообщалось, с учетом количества магнитных атомов, были двухэтажные молекулы фталоцианов , содержащие только один редкоземельный атом. ^[5] Другими системами, обладающими остаточной намагниченностью, являются наноинженерные цепочки Fe, нанесенные на поверхности Cu ₂ N/Cu(100), демонстрирующие либо Нееля, либо ^[6] или ферромагнитные основные состояния ^[7] с в системах всего с 5 атомами Fe с S=2. Канонические одномолекулярные магниты представляют собой так называемые системы Mn ₁₂ и Fe ₈ с 12 и 8 атомами переходных металлов в каждой и оба со спином 10 (S = 10) в основных состояниях .

Явление намагничивания в нулевом поле требует трех условий:

Основное состояние с конечным спином
Энергетический барьер магнитной анизотропии
Длительное время релаксации спина.

Условия 1 и 2, но не 3, были продемонстрированы в ряде наноструктур, таких как наночастицы , ^[8] наноострова, ^[9] и квантовые точки ^[10]^[11] с контролируемым количеством магнитных атомов (от 1 до 10).

Ссылки

^ Герон, С.; Дешмукх, Мандар М.; Майерс, Э.Б.; Ральф, округ Колумбия (15 ноября 1999 г.). «Туннелирование через отдельные электронные состояния в ферромагнитных наночастицах». Письма о физических отзывах . 83 (20): 4148–4151. arXiv : cond-mat/9904248 . Бибкод : 1999PhRvL..83.4148G . doi : 10.1103/PhysRevLett.83.4148 . S2CID 39584741 .
^ Жаме, М.; Вернсдорфер, В.; Тирион, К.; Майли, Д.; Дюпюи, В.; Мелинон, П.; Перес, А. (14 мая 2001 г.). «Магнитная анизотропия одиночного нанокластера кобальта». Письма о физических отзывах . 86 (20): 4676–4679. arXiv : cond-mat/0012029 . Бибкод : 2001PhRvL..86.4676J . дои : 10.1103/PhysRevLett.86.4676 . ПМИД 11384312 . S2CID 41734831 .
^ Гаттески, Данте; Сессоли, Роберта; Злодей, Жак (2006). Молекулярные наномагнетики (переиздание). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . ISBN 0-19-856753-7 .
^ Донати, Ф.; Руспони, С.; Степанов, С.; Векерлин, К.; Сингха, А.; Персикетти, Л.; Балтика, Р.; Диллер, К.; Патти, Ф. (15 апреля 2016 г.). «Магнитная остаточная намагниченность в отдельных атомах». Наука . 352 (6283): 318–321. Бибкод : 2016Sci...352..318D . дои : 10.1126/science.aad9898 . hdl : 11590/345616 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 27081065 . S2CID 30268016 .
^ Исикава, Наото; Сугита, Мики; Вернсдорфер, Вольфганг (март 2005 г.). «Квантовое туннелирование намагниченности, управляемое ядерным спином, в новом одномолекулярном магните из лантаноида: анион бис (фталоцианинато) гольмия». Журнал Американского химического общества . 127 (11): 3650–3651. arXiv : cond-mat/0506582 . Бибкод : 2005cond.mat..6582I . дои : 10.1021/ja0428661 . ПМИД 15771471 . S2CID 40136392 .
^ Лот, Себастьян; Бауманн, Сюзанна; Лутц, Кристофер П.; Эйглер, DM ; Генрих, Андреас Дж. (13 января 2012 г.). «Бистабильность в антиферромагнетиках атомного масштаба». Наука . 335 (6065): 196–199. Бибкод : 2012Sci...335..196L . дои : 10.1126/science.1214131 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 22246771 . S2CID 128108 .
^ Спинелли, А.; Брайант, Б.; Дельгадо, Ф.; Фернандес-Россье, Дж.; Отте, АФ (01 августа 2014 г.). «Отображение спиновых волн в наномагнитах атомарной конструкции». Природные материалы . 13 (8): 782–785. arXiv : 1403.5890 . Бибкод : 2014NatMa..13..782S . дои : 10.1038/nmat4018 . ISSN 1476-1122 . ПМИД 24997736 .
^ Гамбарделла, П. (16 мая 2003 г.). «Гигантская магнитная анизотропия одиночных атомов и наночастиц кобальта» . Наука . 300 (5622): 1130–1133. Бибкод : 2003Sci...300.1130G . дои : 10.1126/science.1082857 . ПМИД 12750516 . S2CID 5559569 .
^ Хирджибехедин, CF (19 мая 2006 г.). «Спиновая связь в инженерных атомных структурах». Наука . 312 (5776): 1021–1024. Бибкод : 2006Sci...312.1021H . дои : 10.1126/science.1125398 . ПМИД 16574821 . S2CID 24061939 .
^ Леже, Ю.; Бесомбес, Л.; Фернандес-Россье, Дж.; Менго, Л.; Мариетт, Х. (7 сентября 2006 г.). «Электрическое управление одним атомом Mn в квантовой точке» (PDF) . Письма о физических отзывах . 97 (10): 107401. Бибкод : 2006PhRvL..97j7401L . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.107401 . hdl : 10045/25252 . ПМИД 17025852 .
^ Кудельски, А.; Леметр, А.; Миард, А.; Вуазен, П.; Грэм, традиционная китайская медицина; Уорбертон, Р.Дж.; Кребс, О. (14 декабря 2007 г.). «Оптическое исследование тонкой структуры одного атома Mn в квантовой точке InAs». Письма о физических отзывах . 99 (24): 247209. arXiv : 0710.5389 . Бибкод : 2007PhRvL..99x7209K . doi : 10.1103/PhysRevLett.99.247209 . ПМИД 18233484 . S2CID 16664854 .

Дальнейшее чтение

Фридман-младший; Сарачик, депутат (2010). «Одномолекулярные наномагнетики». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 1 : 109–128. arXiv : 1001.4194 . Бибкод : 2010ARCMP...1..109F . doi : 10.1146/annurev-conmatphys-070909-104053 . S2CID 118713965 .

Эта электромагнетизму статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] Герон, С.; Дешмукх, Мандар М.; Майерс, Э.Б.; Ральф, округ Колумбия (15 ноября 1999 г.). «Туннелирование через отдельные электронные состояния в ферромагнитных наночастицах». Письма о физических отзывах . 83 (20): 4148–4151. arXiv : cond-mat/9904248 . Бибкод : 1999PhRvL..83.4148G . doi : 10.1103/PhysRevLett.83.4148 . S2CID 39584741 .

[2] Жаме, М.; Вернсдорфер, В.; Тирион, К.; Майли, Д.; Дюпюи, В.; Мелинон, П.; Перес, А. (14 мая 2001 г.). «Магнитная анизотропия одиночного нанокластера кобальта». Письма о физических отзывах . 86 (20): 4676–4679. arXiv : cond-mat/0012029 . Бибкод : 2001PhRvL..86.4676J . дои : 10.1103/PhysRevLett.86.4676 . ПМИД 11384312 . S2CID 41734831 .

[3] Гаттески, Данте; Сессоли, Роберта; Злодей, Жак (2006). Молекулярные наномагнетики (переиздание). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . ISBN 0-19-856753-7 .

[4] Донати, Ф.; Руспони, С.; Степанов, С.; Векерлин, К.; Сингха, А.; Персикетти, Л.; Балтика, Р.; Диллер, К.; Патти, Ф. (15 апреля 2016 г.). «Магнитная остаточная намагниченность в отдельных атомах». Наука . 352 (6283): 318–321. Бибкод : 2016Sci...352..318D . дои : 10.1126/science.aad9898 . hdl : 11590/345616 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 27081065 . S2CID 30268016 .

[5] Исикава, Наото; Сугита, Мики; Вернсдорфер, Вольфганг (март 2005 г.). «Квантовое туннелирование намагниченности, управляемое ядерным спином, в новом одномолекулярном магните из лантаноида: анион бис (фталоцианинато) гольмия». Журнал Американского химического общества . 127 (11): 3650–3651. arXiv : cond-mat/0506582 . Бибкод : 2005cond.mat..6582I . дои : 10.1021/ja0428661 . ПМИД 15771471 . S2CID 40136392 .

[6] Лот, Себастьян; Бауманн, Сюзанна; Лутц, Кристофер П.; Эйглер, DM ; Генрих, Андреас Дж. (13 января 2012 г.). «Бистабильность в антиферромагнетиках атомного масштаба». Наука . 335 (6065): 196–199. Бибкод : 2012Sci...335..196L . дои : 10.1126/science.1214131 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 22246771 . S2CID 128108 .

[7] Спинелли, А.; Брайант, Б.; Дельгадо, Ф.; Фернандес-Россье, Дж.; Отте, АФ (01 августа 2014 г.). «Отображение спиновых волн в наномагнитах атомарной конструкции». Природные материалы . 13 (8): 782–785. arXiv : 1403.5890 . Бибкод : 2014NatMa..13..782S . дои : 10.1038/nmat4018 . ISSN 1476-1122 . ПМИД 24997736 .

[8] Гамбарделла, П. (16 мая 2003 г.). «Гигантская магнитная анизотропия одиночных атомов и наночастиц кобальта» . Наука . 300 (5622): 1130–1133. Бибкод : 2003Sci...300.1130G . дои : 10.1126/science.1082857 . ПМИД 12750516 . S2CID 5559569 .

[9] Хирджибехедин, CF (19 мая 2006 г.). «Спиновая связь в инженерных атомных структурах». Наука . 312 (5776): 1021–1024. Бибкод : 2006Sci...312.1021H . дои : 10.1126/science.1125398 . ПМИД 16574821 . S2CID 24061939 .

[10] Леже, Ю.; Бесомбес, Л.; Фернандес-Россье, Дж.; Менго, Л.; Мариетт, Х. (7 сентября 2006 г.). «Электрическое управление одним атомом Mn в квантовой точке» (PDF) . Письма о физических отзывах . 97 (10): 107401. Бибкод : 2006PhRvL..97j7401L . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.107401 . hdl : 10045/25252 . ПМИД 17025852 .

[11] Кудельски, А.; Леметр, А.; Миард, А.; Вуазен, П.; Грэм, традиционная китайская медицина; Уорбертон, Р.Дж.; Кребс, О. (14 декабря 2007 г.). «Оптическое исследование тонкой структуры одного атома Mn в квантовой точке InAs». Письма о физических отзывах . 99 (24): 247209. arXiv : 0710.5389 . Бибкод : 2007PhRvL..99x7209K . doi : 10.1103/PhysRevLett.99.247209 . ПМИД 18233484 . S2CID 16664854 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]