Vortisitas magnetik skala nano yang ditumpuk (cakram biru dan hijau) yang dipisahkan oleh lapisan tembaga yang sangat tipis dapat didorong untuk berosilasi secara serempak, berpotensi menghasilkan sinyal kuat yang dapat digunakan untuk ponsel generasi baru, komputer, dan aplikasi lainnya . Ilustrasi ini menunjukkan susunan vortisitas bertumpuk, masing-masing berdiameter beberapa ratus nanometer.
Peneliti Brookhaven National Laboratory sedang bekerja untuk mengembangkan cara untuk menyinkronkan putaran magnet pada tahun Skala nano mengacu pada skala panjang yang sangat kecil, biasanya dalam orde nanometer (nm), yaitu sepersemiliar meter. Pada skala ini, material dan sistem menunjukkan sifat dan perilaku unik yang berbeda dari yang diamati pada skala panjang yang lebih besar. Awalan "nano-" berasal dari kata Yunani "nanos," yang artinya "kurcaci" atau "sangat kecil." Fenomena skala nano relevan dengan banyak bidang, termasuk ilmu material, kimia, biologi, dan fisika.
perangkat berskala nano untuk membuat antena penghasil atau penerima sinyal kecil dan perangkat elektronik lainnya.
Upton, New York — Para ilmuwan di Laboratorium Nasional Brookhaven Departemen Energi AS sedang mencari cara untuk menyinkronkan putaran magnet dalam perangkat berskala nano untuk membangun antena penghasil atau penerima sinyal yang kecil namun lebih kuat dan perangkat elektronik lainnya. Karya terbaru mereka, yang diterbitkan di Nature Communications, menunjukkan bahwa vortisitas magnetik skala nano yang dipisahkan oleh lapisan tembaga yang sangat tipis dapat didorong untuk beroperasi secara serempak, berpotensi menghasilkan sinyal kuat yang dapat digunakan untuk ponsel generasi baru. komputer, dan aplikasi lainnya.
Tujuan dari revolusi teknologi “spintronik” ini adalah untuk memanfaatkan kekuatan “putaran” elektron, sifat yang bertanggung jawab atas magnetisme, bukan muatan negatifnya.
“Hampir semua teknologi elektronik saat ini, dari bola lampu hingga smartphone, melibatkan pergerakan muatan,” kata fisikawan Brookhaven Javier Pulecio, penulis utama studi baru tersebut. “Tapi memanfaatkan spin dapat membuka pintu untuk jenis antena yang jauh lebih ringkas dan baru yang bertindak sebagai pemancar gelombang spin, generator sinyal—seperti jam yang menyinkronkan semua yang terjadi di dalam komputer—serta perangkat memori dan logika.”
Rahasia memanfaatkan putaran adalah dengan mengontrol evolusi dan konfigurasi putarannya.
“Jika Anda mengambil magnet kulkas bundar dan meletakkannya di bawah mikroskop yang dapat menggambarkan putaran elektron, Anda akan melihat magnet tersebut memiliki beberapa wilayah yang disebut domain, di mana dalam setiap domain semua putaran mengarah ke arah yang sama,” jelas pemimpin kelompok Yimei Zhu . “Jika Anda menyusutkan magnet itu ke ukuran yang lebih kecil dari sel darah merah, putaran di dalam magnet akan mulai menyesuaikan diri menjadi tekstur putaran yang unik.”
Misalnya, dalam cakram magnetik dengan radius hanya 500 nanometer (sepermiliar meter) dan ketebalan hanya 25 nanometer, cakram tersebut tidak dapat lagi mendukung banyak domain dan putarannya sejajar dalam pola rotasi seperti badai untuk mengurangi energi magnetik secara keseluruhan. Putaran sejajar dengan permukaan cakram berputar di sekitar inti, seperti mata angin topan, baik searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Dan pada intinya, putaran magnet mengarah keluar dari permukaan piringan, baik ke atas maupun ke bawah. Jadi struktur ini, pusaran magnet, memiliki empat kemungkinan keadaan—naik atau turun berpasangan dengan searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.
Terlebih lagi, inti pusaran magnet dapat dipindahkan di dalam nanodisc dengan menerapkan arus listrik atau medan magnet eksternal, “sehingga berperilaku seperti partikel—kuasi-partikel,” kata Pulecio. Menerapkan eksitasi elektromagnetik frekuensi tinggi tertentu dapat mengatur inti pusaran bergerak dalam gerakan melingkar di sekitar pusat cakram. Gerakan memutar, atau osilasi, inilah yang diharapkan para ilmuwan dapat digunakan.
“Osilator berbasis pusaran magnetik dapat disetel untuk beroperasi pada frekuensi berbeda yang ditentukan secara sempit, menjadikannya sangat fleksibel untuk aplikasi telekomunikasi,” kata Pulecio. “Mereka juga merupakan elemen mandiri, sekitar 100.000 kali lebih kecil dari osilator berdasarkan voltase alih-alih putaran, sehingga terbukti lebih murah, mengonsumsi lebih sedikit listrik, dan tidak memakan banyak ruang di perangkat. Itu sangat penting jika Anda berbicara tentang miniaturisasi untuk ponsel, perangkat elektronik yang dapat dikenakan, tablet, dan sebagainya.”
Namun, untuk saat ini, keluaran daya perangkat spintronic ini relatif kecil dibandingkan dengan teknologi osilator yang digunakan saat ini. Jadi para ilmuwan sedang mencari cara untuk menyinkronkan osilasi dari beberapa pusaran magnet.
Dalam <em>Nature Communications</em> adalah peer-review, open-access, jurnal ilmiah multidisiplin yang diterbitkan oleh Nature Portfolio. Ini mencakup ilmu-ilmu alam, termasuk fisika, biologi, kimia, kedokteran, dan ilmu bumi. Itu mulai diterbitkan pada tahun 2010 dan memiliki kantor editorial di London, Berlin, Kota New York, dan Shanghai.
makalah Nature Communications, Pulecio, Zhu, dan kolaboratornya di Swiss Light Source, Sumber Cahaya Sinkronisasi Nasional Brookhaven, dan Universitas Stony Brook mengeksplorasi perluasan perangkat dalam tiga dimensi dengan menumpuk satu pusaran di atas yang lain, dengan masing-masing cakram dipisahkan oleh lapisan tipis non-magnetik. Mereka menyelidiki bagaimana mengubah ketebalan non-magnetik lapisan mempengaruhi interaksi mendasar pada skala nano, dan bagaimana mereka, pada gilirannya, mempengaruhi dinamika digabungkan dari vortisitas.Mereka secara langsung mencitrakan bagaimana vortisitas menanggapi stimulasi frekuensi tinggi menggunakan pencitraan mikroskop elektron transmisi Lorentz resolusi tinggi.
Hasilnya: Lapisan pemisah yang lebih tebal menghasilkan gerakan vortisitas berpasangan yang agak tidak teratur di kedua cakram. Semakin tipis lapisan pemisah, semakin kuat vortisitas yang terhubung, selaras dalam ruang menjadi gerakan melingkar yang koheren. Ini dapat membantu mengatasi keterbatasan daya antena spintronic berbasis pusaran saat ini dengan membuat susunan osilator kecil yang disinkronkan melalui tumpukan 3D yang digabungkan.
Para ilmuwan saat ini sedang bekerja dengan sistem lain yang lebih eksotis untuk memahami dinamika ruang dan waktu yang dapat membuat teknologi spintronic menjadi kenyataan.
“Vortisitas magnetik adalah salah satu partikel semu magnetik pertama yang diamati dan kami saat ini sedang memperluas penyelidikan kami untuk mengamati tekstur putaran yang baru ditemukan dan bagaimana kami dapat memanfaatkannya,” kata Pulecio.
Penelitian ini didukung oleh Core-Research Programs dalam Basic Energy Science, DOE Office of Science. Fabrikasi perangkat didukung sebagian oleh Center for Functional Nanomaterials di Brookhaven National Laboratory.
Publikasi : JF Pulecio, et al., “Koherensi dan modalitas vortisitas magnetik yang digerakkan antar lapisan,” Komunikasi Alam 5, Nomor artikel: 3760; doi:10.1038/ncomms4760
Gambar: Laboratorium Nasional Brookhaven
