Исследователи из Юлиха (Германия) в статье для журнала Nano Letters проанализировали пути создания наномагнитов с достаточно высоким уровнем стабильности для использования в устройствах магнитной памяти.

Магнитные моменты в атомах всегда находятся в движении, мерой которого является «нулевая энергия» или минимальная энергия квантовой системы, которой та обладает в базовом состоянии при температуре абсолютного нуля.

«Она заставляет магнитные моменты атомов флуктуировать даже при самых низких температурах и таким образом ухудшает их стабильность», — объясняет доктор Ибаньез-Аспироз (Julen Ibañez-Azpiroz) из Института Петера Грюнберга и Института продвинутого моделирования.

Если в системе имеется слишком много энергии, магнитные моменты меняют ориентацию и сохранённая информация теряется.

«Наши расчёты показывают, что нулевые магнитные флуктуации могут достигать того же порядка величины, что и сам магнитный момент, — отметил Ибаньез-Аспироз. — Это объясняет почему так трудно найти стабильные наномагниты».

Однако имеется и стабилизирующий фактор в виде энергетического барьера, который магнитному моменту требуется преодолеть, чтобы поменять полярность. Высота этого барьера зависит от материала, из которого сделан наномагнит.

Используя неэмпирические (ab initio) вычисления ученые из Юлиха исследовали влияние квантовых эффектов на магнитную стабильность для наиболее перспективных материалов из класса переходных металлов. Полученные результаты позволили составить рекомендации для разработки стабильных наномагнитов с низкими уровнями квантовых флуктуаций. В частности, они указывают на целесообразность создания сложных наномагнитов из нескольких атомов с сильным магнитным моментом, которые одновременно слабо взаимодействуют с изолирующим материалом носителя. На следующем этапе работ планируется выяснить, как влияет на уровень флуктуаций количество атомов.