德国亥姆霍兹研究中心协会 物理学家博士
格雷戈·赫拉瓦切克在亥姆霍兹-曾特朗德累斯顿-罗森多夫氦离子显微镜下协调实验
信用:HZDR/A
Wirsig 德国亥姆霍兹-曾特伦-德累斯顿-罗森多夫研究中心的物理学家与德国莱布尼茨固态与材料研究所(IFW)和格拉斯哥大学的同事合作，致力于制造工程化的磁性纳米结构，并在纳米尺度上定制材料特性
科学家们在HZDR离子束中心使用一种特殊的显微镜来实现这个目标
这种显微镜的超薄离子束能够在样品材料中产生稳定的、周期性排列的纳米磁体
该装置还可用于优化碳纳米管的磁性
研究人员现在在发表在《小》杂志上的两篇文章中报告了他们的发现
“纳米材料的磁调谐为生产最先进的电子元件提供了巨大的潜力
我们在磁性纳米结构方面采用了各种方法，所有这些方法都涉及到离子束的使用
兰泰·巴里博士
基利安·兰兹和博士
Gregor Hlawacek
举例来说，如果离子束指向非铁磁性的铁铝合金，它可以取代几百个原子
合金中的原子随后重新排列，从而增加了相邻磁性铁原子的数量
结果，在轰击位置附近形成了磁体
这种方法使研究人员能够在原本非铁磁性的材料薄膜上局部雕刻纳米磁体
无序导致纳米磁体的结合 在他们的最新工作中，HZDR的科学家证明了离子束诱导的无序也增加了底层晶格结构的体积，尽管在所有空间方向上并不均匀
晶格畸变也会影响磁性
例如，在细长的磁条中，期望磁化沿着长轴排列，这是传统条形磁体的典型情况
然而，由于嵌入的纳米磁体中的晶格畸变，还观察到横向磁化分量
净效应是磁矩倾向于以周期性的方式“弯曲”远离磁体的长度
这些稳定的周期性磁畴也可以在弯曲磁体中可靠地形成，并且可以在例如小型化磁传感器中找到应用
在HZDR氦离子显微镜中，物理学家使用惰性气体产生极薄的——因此也是高度精确的——离子束
“我们离子束的直径只有几个原子宽，”格雷戈·赫拉瓦切克解释说，他在氦离子显微镜下协调实验
“根据所使用的惰性气体，我们可以通过去除原子来改变受辐射材料的性质或改变其形态
“尽管有它的名字，氦离子显微镜不仅仅局限于氦的使用
在他们最新的实验中，研究人员使用了氖，氖比氦重，因此对要改性的材料有更强的影响
与格拉斯哥大学的合作也使HZDR的科学家能够使用位于其材料和凝聚态物理讲座的透射电子显微镜
兰特杰·巴里的实验包括使用氖离子束作为磁性手写笔:“离子束使磁性纳米结构能够以任何形状或形式产生，这些纳米结构嵌入在材料中，并仅由它们的磁性和晶体学特性来定义，”巴里总结了他以前在DFG HZDR项目中进行的研究结果。
用氖离子修饰材料 另一方面，基连楞次使用聚焦离子束操作的方法，通过改变纳米结构本身的几何形状来优化所需的材料特性
使用的氖离子束直径只有两纳米
在轰击位置，材料中的不均匀性，或者简单地说材料边缘，以相等的尺寸被去除
“我们用含有几乎圆柱形磁性铁芯的碳纳米管对此进行了研究
这些纳米管的结构和几何形状可以通过在氦离子显微镜中进行微调来优化，”楞次在描述这个过程时说
微型机械手用于分离一根直径为70纳米、长度为10微米的管子，并将其放入微型谐振器中进行测量
“这是一个极其复杂的过程，由德累斯顿莱布尼茨固体和材料研究所的团队为我们开发，”楞次解释道
利用聚焦离子束切割和测量铁芯铁磁共振的独特组合，使以楞次为首的研究人员能够揭示一种近乎完美的磁性结构，从而揭示纳米管中铁芯的特性
这种利用聚焦离子束对纳米磁性材料特性进行定向操纵的方法将在未来继续在HZDR的离子束物理和材料研究所进行探索
科学家们相信，他们的方法及其产生的调谐材料有可能在自旋电子学应用和创新传感器件或存储介质的制造方面取得进展
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