デンバー— ほとんどの磁石は、わずかな温度調整を無視します。しかし今、物理学者は、わずかに加熱または冷却するだけで磁気配向を反転させる方法が劇的に変化する新しいナノ材料を作成しました。この効果は、これまでどの素材にも見られなかったもので、最終的には新しいタイプのコンピューター メモリにつながる可能性があります。
通常は異なる方向を指している内部の磁性粒子が十分に強い磁場の中で整列すると、物質は磁化されます。材料の粒子が整列するのにどれだけ抵抗するかは、その保磁力として知られています。たとえば、よく知られている棒磁石は保磁力が高く、通常は南北極が一定です。鉄やニッケルなどの他の物質は保磁力が低いため、向きをより簡単に変えることができます。
保磁力は磁石の組成だけではなく、温度にも依存します。通常、磁石の保磁力は、温度が上昇または下降するにつれて徐々に変化します。しかし、新しいナノマテリアルは、これが常に正しいとは限らないことを示しています。この材料を作るために、カリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学者 Ivan Schuller が率いるチームは、酸化バナジウムと呼ばれる物質の 100 ナノメートルの厚さのウエハー上に極薄の 10 ナノメートルのニッケル層を堆積させた。その後、科学者は混合物を冷却し、ニッケルの粒子が反転し始めるまで磁場を上げました。このプロセスにより、科学者はマイナス 153°C までの温度で材料の保磁力を測定することができました。
ほとんどの温度変化の後、材料の保磁力はわずかにしか変化しませんでした。しかし、マイナス 88°C からマイナス 108°C の間では、保磁力が 5 倍に跳ね上がり、磁気配向の変化に対する耐性が大幅に向上しました。科学者がさらに温度をマイナス123°Cに下げると、その保磁力は最大値の半分に急落しました。これは、材料の粒子が再び反転しやすくなったことを意味します.保磁力の劇的なスパイクは、同様の温度範囲で他のどの材料よりもはるかに大きく、研究者を興奮させ、今週デンバーで開催されたアメリカ物理学会で報告した.この作品はApplied Physics Lettersにも掲載されています .これは私たち物理学者がやりたいことです — 巨大な効果、素晴らしい効果であることに注目してください」と Schuller は言います。
ニッケルには反転可能な磁性粒子がありますが、シュラー氏は酸化バナジウムの内部構造の変化が複合材料の保磁力スパイクの原因であると考えています。酸化バナジウムの原子は、マイナス 88°C を超えると 1 つの配置になり、マイナス 123°C を下回ると別の配置になります。ただし、2 つの温度の間では、材料には両方の配置のブロックが含まれます。その混合構造により、上にあるニッケルの粒子が一斉にひっくり返るのが難しくなる、と Schuller は言う。
潜在的なアプリケーションはまだ先の話ですが、Schuller 氏は、彼のチームの発見がいつの日か新しい種類の温度制御されたコンピューター メモリにつながる可能性があると考えています。コンピューターは情報を小さな磁気コンポーネントにエンコードしますが、これらのコンポーネントを安定させるためには、簡単に再整列してはなりません。しかし、磁石は特定の条件下ですばやく反転できなければならず、それによって記憶を書き換えることができます。 Schuller は、彼の発見に基づくハード ドライブが、ほとんどの場合、そのメモリ要素を高い保磁力の温度に保ち、書き換えのためにわずかに加熱することを想定しています。これは、素子をレーザーで数百度加熱しなければならない現在の熱アシスト磁気記録装置に比べて大きな改善となるでしょう。
チームが発見した大きな保磁力スパイクには「少し驚いた」と、ミネソタ大学ツインシティーズ校の物理学者であるダン・ダールバーグは言う。 「それはあなたが期待するものではありません。」しかし、ダールバーグは、自分で研究を始めるほどこの資料に興奮していません。彼は、実行可能な熱アシストメモリ技術は、シュラーの材料の保磁力が急上昇する極寒の温度ではなく、室温近くで動作する必要があると指摘しています。 (Schuller は、彼のチームが室温に近い保磁力スパイクを持つ材料を製造し、この結果を公開する予定であると述べています。)
それでも、ダールバーグ氏は、新しい発見が今後の応用につながるかどうかを予測するのは難しいかもしれないと述べています. 「何かがテクノロジーに終わらないということは…非常に危険なことです。」
