Μέχρι τη νανοκλίμακα - Φαινόμενα

Μία από τις αναφερόμενες επιδράσεις της αλληλεπίδρασης κουκκίδων είναι η αλλαγή στο συνεκτικό πεδίο, η οποία αντιστοιχεί στο πεδίο μεταγωγής που συζητείται στη διπολική προσέγγιση. Αντιφατικά αποτελέσματα έχουν αναφερθεί σε διαφορετικά υλικά (π.χ. Co, Ni, Ni, Ni₈₀Fe₂₀), ή για στοιχεία ή συστοιχίες διαφορετικού σχήματος του ίδιου υλικού (π.χ. Ni₈₀Fe₂₀). Έχει παρατηρηθεί, ενίσχυση του συνεκτικού πεδίου, ελάττωση ή σταθερότητα στο διαχωρισμό των κουκκίδων. Για παράδειγμα, έχει αναφερθεί αύξηση του H_C κατά 800 Oe για ζεύγη ορθογώνιων κουκκίδων Co όταν η απόσταση από κέντρο σε κέντρο μεταξύ κουκκίδων έχει μειωθεί από 1 mm σε 150 nm (με αντίστοιχο κενό 50nm μεταξύ των άκρων κουκκίδων), ενώ ορθογώνιες συστοιχίες ορθογώνιων κουκκίδων Ni ₈₀Fe₂₀ παρουσιάζουν μείωση 100Oe σε H_C κατά τη μείωση της απόστασης από κέντρο σε κέντρο από περίπου 1 mm σε 200 nm (κενό 50nm). ή δεν έχει παρατηρηθεί καμία αλλαγή στο συλλογικό συνεκτικό πεδίο σε μια γραμμική συστοιχία ορθογώνιων κουκκίδων Ni₈₀Fe₂₀ κατά τη μείωση της απόστασης από 2 mm σε 250nm (κενό 50nm). Ως εκ τούτου, αυτές οι αποκλίσεις οφείλονται πιθανώς σε διάφορους παράγοντες, όπως ο τύπος της συστοιχίας, η κατάσταση μαγνήτισης των κουκίδων, οι μηχανισμοί μεταγωγής και το γεγονός ότι οι νανοκουκκίδες δεν είναι απλά δίπολα. Πρέπει να τονίσουμε ότι το πεδίο που προκύπτει από τη διπολική αλληλεπίδραση εξαρτάται από την κατάσταση μαγνήτισης κάθε κουκκίδας, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από το ενεργό πεδίο των γειτονικών στοιχείων. Κατά συνέπεια, τα διπολικά πεδία θα αλλάξουν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μαγνήτισης. Ένα παράδειγμα της πολύπλοκης συμπεριφοράς λόγω αλληλεπίδρασης φαίνεται στο σχήμα, όπου ο μηχανισμός μεταγωγής φαίνεται να αλλάζει (από περιστροφή σε δημιουργία στροβίλου) καθώς οι κουκκίδες πλησιάζουν πιο κοντά οδηγώντας στη μείωση του συνεκτικού πεδίου.

Πηγή κειμένου: Ordered magnetic nanostructures: fabrication and properties, J.I. Martiın, J. Nogues, K. Liu, J.L. Vicent, I. K. Schuller, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 256, 449-501, 2003.

Τα τοιχώματα των μαγνητικών (DWs: Domain Walls) έχουν μελετηθεί σε συμπαγή υλικά και λεπτά για σχεδόν έναν αιώνα. Τα DWs έχουν δομές που κυμαίνονται από το απλούστερο τοίχωμα Bloch, το οποίο μπορεί να περιγραφεί αναλυτικά από ένα μονοδιάστατο μοντέλο, έως πολύπλοκες δύο και τρισδιάστατες δομές. Οι πιο συνηθισμένες διατάξεις DW που βρίσκονται σε μαλακά μαγνητικά νανοσύρματα, είναι τα λεγόμενα DW head-to-head (ή tail-to-tail). Επίσης, τα τοιχώματα Bloch, τα οποία μπορούν να βρεθούν σε νανοσύρματα που σχηματίζονται από υλικά με μεγάλη κάθετη μαγνητική ανισοτροπία.

Τοιχώματα μαγνητικών περιοχών σε μαλακά μαγνητικά νανοσύρματα

Οι μακροσκοπικές μαγνητικές δομές συνήθως σχηματίζουν διατάξεις μαγνητικών περιοχών κλειστής, οι οποίες μειώνουν την ενέργειά τους. Σε αρκετά στενά νανοσύρματα κατασκευασμένα από μαλακά μαγνητικά υλικά, για παράδειγμα, όπως  permalloy πλάτους μικρότερο από μm (Ni₈₁Fe₁₉), οι διατάξεις περιοχών κλειστής ροής δεν ευνοούνται πλέον ενεργειακά. Αντίθετα, λόγω της ανισοτροπίας σχήματος του νανοσύρματος, οι μαγνητικές περιοχές ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του νανοσύρματος, με μαγνητίσεις που δείχνουν προς (head to head) ή μακριά (tail to tail) η μία από την άλλη.

Πηγή κειμένου:  Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials,  H. Kronmuller and S. Parkin. Volume 1: Fundamentals and Theory, John Wiley & Sons, 2007.

Η σύζευξη ανταλλαγής αφορά την προτίμηση για συγκεκριμένους σχετικούς προσανατολισμούς των μαγνητικών ροπών δύο διαφορετικών μαγνητικών υλικών όταν βρίσκονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους ή χωρίζονται από ένα αρκετά λεπτό στρώμα (< 60 Å) ώστε να επιτρέπουν τη μεταφορά πληροφορίας σχετικά με τις ροπές τους μεταξύ των δύο υλικών. Το ένα υλικό είναι γενικά μαγνητικά πιο μαλακό και το άλλο σκληρότερο (ή είναι αντισιδηρομαγνητικό).

Η σύζευξη ανταλλαγής εκδηλώνεται ως μετατόπιση του βρόχου του μαλακού υλικού κατά μήκος του άξονα πεδίου του. Ο όρος σύζευξη ανταλλαγής δεν ισχύει για τη σύζευξη διπόλων, δηλαδή την αμοιβαία επίδραση μεγαλύτερης εμβέλειας των μαγνητικών ροπών δύο κοντινών υλικών λόγω των διπολικών πεδίων τους. Μια τέτοια μαγνητοστατική σύζευξη μπορεί να προκύψει από φορτία στην ενδοεπιφάνεια μεταξύ των δύο υλικών λόγω της τραχύτητας της.

Η σιδηρομαγνητική-αντισιδηρομαγνητική (F/A) μορφή σύζευξης ανταλλαγής παρατηρήθηκε πρώτη. Το 1956 οι Meiklejohn και Bean παρατήρησαν ότι οι βρόχοι M-H των λεπτών σωματιδίων κοβαλτίου (2r = 20 nm) μετατοπίζονται στον άξονα πεδίου κατά περισσότερο από 1 kOe αν τα σωματίδια ψύχονταν σε μαγνητικό πεδίο.

Η σύζευξη ανταλλαγής μεταξύ ανόμοιων μαγνητικών σωματιδίων ή στρωμάτων, σε επαφή ή διαχωρισμένα από ένα κατάλληλο διαχωριστικό στρώμα μερικών νανομέτρων, μπορεί να προκαλέσει νέα φαινόμενα. Τα μη μαγνητικά νανοδομημένα υλικά φαίνεται να μην έχουν μηχανισμούς ανάλογους με τη σύζευξη ανταλλαγής, εκτός ίσως από τα πεδία τάσης μεγάλης εμβέλειας, που εισάγουν μια νέα χαρακτηριστική κλίμακα μήκους στις ιδιότητες των υλικών. Η παρουσία της αλληλεπίδρασης μαγνητικής ανταλλαγής καθιστά τα νανοδομημένα μαγνητικά υλικά ευπροσάρμοστα σε σύγκριση με τα λιγότερο πολύπλοκα μαγνητικά υλικά και τα διακρίνει από τα μη αγνητικά νανοδομημένα υλικά.

Πηγή κειμένου: MODERN MAGNETIC MATERIALS: Principles and Applications, R. C. O' HANDLEY, Massachusetts Institute of Technology, John Wiley & Sons, 2000.

Λόγω της εξάρτησης 1/r³ της αλληλεπίδρασης διπόλου-διπόλου, τα φαινόμενα των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των κουκκίδων εξαρτώνται έντονα όχι μόνο από την απόσταση μεταξύ των κέντρων των κουκίδων αλλά και από την απόσταση μεταξύ των άκρων των κουκίδων. Επιπλέον, οι επιπτώσεις της αλληλεπίδρασης, π.χ. οι μεταβολές στο συνεκτικό πεδίο, θα είναι πιο σημαντικές σε συστήματα με μικρή κρυσταλλική και ανισοτροπία σχήματος, δηλαδή με μικρή μαγνήτιση κόρου και συνεκτικό πεδίο. Με άλλα λόγια, είναι ευκολότερο να παρατηρηθεί μια επίδραση ενός πεδίου αλληλεπίδρασης 20 Oe σε ένα σύστημα με συνεκτικό πεδίο 100 Oe παρά σε ένα με 3000 Oe. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την αλληλεπίδραση μεταξύ των κουκκίδων είναι η κατάσταση μαγνήτισης τους. Συνήθως οι κουκκίδες θεωρούνται ότι είναι μίας μαγνητικής περιοχής, έτσι ώστε να μπορούν να προσεγγιστούν από δίπολα. Ωστόσο, συχνά οι τελείες βρίσκονται σε καταστάσεις μαγνήτισης με μειωμένη ή καθόλου εξωτερική ροή στην παραμένουσα κατάσταση (π.χ. μαγνητικές περιοχές κλειστής ροής περιοχές ή στροβίλου). Τέτοια συστήματα θα πρέπει να έχουν αμελητέες αλληλεπιδράσεις σε πεδία στην περιοχή H = 0 λόγω της κατάστασης m_~0 και της αντίστοιχης έλλειψης εξερχόμενων από το υλικό πεδίων.

Ωστόσο, οι αλληλεπιδράσεις ενισχύονται καθώς το εξωτερικό πεδίο αυξάνεται, με αποτέλεσμα μη μηδενικές διπολικές ροπές, και γίνονται σημαντικές για μεγάλα εφαρμοσμένα πεδία όταν οι κουκκίδες φθάνουν σε κατάσταση κορεσμού.

Πηγή κειμένου: Ordered magnetic nanostructures: fabrication and properties, J.I. Martiın, J. Nogues, K. Liu, J.L. Vicent, I. K. Schuller, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 256, 449-501, 2003.

Οι περισσότερες από τις πειραματικές καθώς και θεωρητικές μελέτες σχετικά με τις μαγνητο-οπτικές ιδιότητες των συστημάτων μετάλλων μετάβασης παρακινήθηκαν από την εφαρμογή τους στην τεχνολογία αισθητήρων και αποθήκευσης. Αυτό ισχύει ιδίως για τις έρευνες σχετικά με τα πολυστρωματικά υμένια. Τα συστήματα αυτά επιτρέπουν σε κάποιο βαθμό τη βελτιστοποίηση των φασμάτων στροφής Kerr όσον αφορά τη θέση και το ύψος των τοπικών μεγίστων με έναν κατάλληλο συνδυασμό ατομικών στρωμάτων και την επιλογή του πάχους τους. Αυτό αναδεικνύεται στο σχήμα, το οποίο δείχνει τα φάσματα στροφής και ελλειπτικότητας Kerr για το πολυστρωματικό σύστημα ₆Co/_mCu με το πάχος m των στρωμάτων Co να κυμαίνεται μεταξύ 3 και 9 ατομικών στρωμάτων. Οι θέσεις κορυφής στα θεωρητικά φάσματα μετατοπίζονται κάπως σε σύγκριση με τα πειραματικά, επειδή δεν λαμβάνονται υπόψη οι επιπτώσεις του τοπικού πεδίου και των συσχετίσεων. Τα χαρακτηριστικά των φασμάτων στροφής και ελλειπτικότητας Kerr και η μεταβολή τους με το πάχος των στρωμάτων Cu, ωστόσο, περιγράφονται καλά από τους υπολογισμούς. Αυτό σημαίνει, ειδικότερα, ότι οι ατέλειες στη διεπιφάνεια Co/Cu έχουν μικρή μόνο επίδραση στα πειραματικά φάσματα.

Εκτεταμένες μελέτες έχουν επίσης γίνει στα πολυστρωματικά συστήματα _nCo/_mPd και _nCo/_mPt επειδή εδώ το σιδηρομαγνητικό συστατικό Co συνδυάζεται με ένα στοιχείο που έχει ισχυρότερη σύζευξη σπιν-τροχιάς. Επιπλέον, τα στοιχεία Pd και Pt εμφανίζουν μια έντονη πολωσιμότητα που οδηγεί σε μια επαγόμενη μαγνητική ροπή σπιν της τάξης του 0,2 μ_Β στη διεπιφάνεια. Επιπλέον, η ισχυρή σύζευξη σπιν-τροχιάς των Pd και Pt είναι ένας από τους κύριους λόγους για την έντονη εκτός του επιπέδου μαγνητική ανισοτροπία αυτών των πολυστρωματικών συστημάτων με κύριο συστατικό Co.

Το σχήμα δείχνει ότι ο υπολογισμός των μαγνητο-οπτικών φασμάτων των πολυστρωματικών συστημάτων οδηγεί σε αρκετά αξιόπιστα αποτελέσματα. Από την άλλη, είναι προφανώς αρκετά δύσκολο ή αδύνατο να εξηγηθούν τα διάφορα φασματικά χαρακτηριστικά και η μεταβολή τους με την πολυστρωματική διαμόρφωση με βάση τέτοιους υπολογισμούς.

Πηγή κειμένου:  Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials,  H. Kronmuller and S. Parkin. Volume 1: Fundamentals and Theory, John Wiley & Sons, 2007.

Shape control of nanoparticles such as nanowires and nanotubes provides an opportunity to tune shape anisotropy. Progress in experimental techniques has made it possible to synthesize nanowires with high aspect ratio. Among the methods used for fabrication of nanowire arrays, template-assisted electrodeposition is a low-cost and high-yield technique, and FePt nanowire preparation by electrodeposition and solvothermal synthesis has been reported; due to the high reduction potential of Nd, however, it is difficult to synthesize Nd₂Fe₁₄B nanowires by electrodeposition. In the solvothermal synthesis process, by controlling the surfactant concentration, different shapes and sizes of FePt nanoparticles can be synthesized. Due to the high anisotropy of nanowires, high coercivity of FePt nanowires is expected.

However, the coercivity observed is much smaller than the anisotropy field, suggesting that magnetization rotation is not coherent but involves domain nucleation and domain wall motion. The coercivity/magnetization reversal mechanism of nanowires is different from that of the bulk. The easy magnetization direction of nanowires is along the nanowire axes, and the overall magnetic anisotropy is dominated by the shape anisotropy.

Hysteresis loops exhibit greater squareness for fields applied parallel to the nanowire arrays compared with when the applied field is perpendicular. However, Cagon et al. observed no significant difference between curves with the field applied parallel or perpendicular to the wires. The magnetization reversal and coercivity of the nanowires are sensitive to the nanowire diameter. Magnetization reversal may occur by coherent rotation, magnetization curling, and buckling.

Article src: Handbook of Nanomaterials, Robert Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013.

Η έννοια της τυχαίας ανισοτροπίας Αξιολογείται σε συνεχή μαγνητικά συστήματα όπως τα άμορφα κράματα. Απεικονίζεται πώς η ανταλλαγή μεταξύ των σωματιδίων και η τυχαία ανισοτροπία συνδυάζονται για να επηρεάσουν τις μαγνητικές ιδιότητες διακριτών μαγνητικών συστημάτων όπως τα νανοκρυσταλλικά κράματα. Στην περίπτωση τυχαίας ανισοτροπίας, η ανισοτροπία μειώνεται κατά μέσο όρο Κ_1oc στο μήκος ανταλλαγής των μαγνητικών ροπών. Στα νανοκρυσταλλικά υλικά, το K_1oc εφαρμόζεται σε ολόκληρο τον όγκο των νανοκρυστάλλων και ως εκ τούτου η κατάλληλη κλίμακα μήκους για την τυχαία παραλλαγή της ανισοτροπίας δίνεται από το πάχος του διασωματιδιακού στρώματος. Η μεταβολή της κατεύθυνσης μαγνήτισης συμβαίνει πάνω από το κοκκώδες υλικό μεταξύ των επιφανειών των σωματιδίων εάν το K_1oc είναι ισχυρό σε σύγκριση με την ανισοτροπία της κοκκώδους, άμορφης μήτρας K_am, ή σε μεγαλύτερο μήκος εάν η K_1oc είναι συγκρίσιμη με τηK_1oc.

Η τυχαία ανισοτροπία μπορεί να προωθήσει τη χωρική διασπορά των τοπικών μαγνητικών ροπών και η πρόσθετη παρουσία περισσότερων από ενός μαγνητικών συνεισφορών μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλη ποικιλία μαγνητικών δομών με διάσπαρτα παράλληλα (speromagnetic) ή αντιπαράλληλα [sperimagnetic] μαγνητικά υποπλέγματα.

Οι Alben et al. (1978) αντιμετωπίζουν διάφορες θεμελιώδεις αρχές στον άμορφο σιδηρομαγνητισμό, κυρίως τα φαινόμενα της τυχαίας ανισοτροπίας στο συνεκτικό πεδίο, την απομαγνήτιση των κυμάτων σπιν και τα φαινόμενα της χημικής έναντι της δομικής αταξίας στην εξάρτηση της μαγνήτισης από τη θερμοκρασία.

Ωστόσο, η τοπική ατομική τάξη των άμορφων μαγνητικών κραμάτων, η οποία μεταβάλλεται τυχαία προς την κατεύθυνση, προκαλεί μια τυχαία

Η μαγνητική ανισοτροπία που προκύπτει από την κρυσταλλικότητα μεγάλης εμβέλειας απουσιάζει σαφώς στα άμορφα κράματα. Ωστόσο, το ίδιο «κρυσταλλικό πεδίο» ή ακριβέστερα «τοπικό πεδίο που προκαλεί μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία είναι αποτελεσματικό σε μη κρυσταλλικά υλικά σε κλίμακα μερικών νανομέτρων. Ο προσανατολισμός και η ένταση αυτής της τοπικής ανισοτροπίας σε άμορφα κράματα ποικίλλει ανάλογα με τη θέση, εξ ου και ο όρος τυχαία ανισοτροπία. Είναι σημαντικό να προσδιοριστεί ο βαθμός στον οποίο αυτό το τυχαίο τοπικό πεδίο ανισοτροπίας επηρεάζει τη μακροσκοπική μαγνητική συμπεριφορά ή, από την άλλη πλευρά, υπολογίζεται κατά μέσο όρο λόγω των διακυμάνσεων στον προσανατολισμό των τοπικών "εύκολων αξόνων".

Η ενέργεια του τοπικού κρυσταλλικού πεδίου μπορεί να αναπαρασταθεί από έναν μονοαξονικό (διπολικό) όρο K_loc.  Ο προσανατολισμός της εύκολης κατεύθυνσης αυτής της μονοαξονικής ανισοτροπίας σε ένα άμορφο κράμα καθορίζεται από ένα μήκος συσχέτισης που προσδιόορίζεται από την τοπική δομή που είναι είναι μερικά νανόμετρα για άμορφα κράματα.

Η έννοια της τυχαίας ανισοτροπίας είναι επίσης σημαντική για τη μελέτη  των μεταβολών της κατεύθυνσης της μαγνήτισης από σωματίδιο σε σωματίδιο. Ένα άλλο αποτέλεσμα που παρατηρείται μόνο σε δείγματα με τουλάχιστον μία μικρή διάσταση είναι η σύζευξη μεταξύ ροπών σε διαφορετικές πλευρές μιας φυσικής διεπαφής (σύζευξη ανταλλαγής). Το φαινόμενο είναι κρίσιμο για την κατανόηση της μαγνητικής συμπεριφοράς των νανοκρυσταλλικών υλικών και της συμπεριφοράς πολλών μαγνητικών δομών και διατάξεων λεπτών. Υπάρχουν επίσης φαινόμενα μεταφοράς στα οποία η κατεύθυνση του σπιν σε ένα μαγνητικό στρώμα επικοινωνείται σε μια διεπαφή από έναν φορέα ρεύματος για να παράγει μια σκέδαση που εξαρτάται από το σπιν σε ένα άλλο μαγνητικό στρώμα. Συγκεκριμένα, όταν η σύζευξη ανταλλαγής λειτουργεί παρουσία μιας τυχαίας ανισοτροπίας, οι μαγνητικές ιδιότητες, που περιορίζονται από την ανισοτροπία του μέσου όρου ανταλλαγής , εξαρτώνται από την κλίμακα μήκους της τυχαίας ανισοτροπίας στην έκτη δύναμη.

Πηγή κειμένου: MODERN MAGNETIC MATERIALS: Principles and Applications, R. C. O' HANDLEY, Massachusetts Institute of Technology, John Wiley & Sons, 2000.

Η ανισοτροπία σχήματος απόκτα ένα πιο κρίσιμο ρόλο στις νανοδομές, καθώς είναι μία από τις σημαντικότερες πτυχές που καθορίζουν τη μαγνητική κατάσταση των νανοδομών, ειδικά για πολυκρυσταλλικά συστήματα και συστήματα με μικρή μαγνητική ανισοτροπία.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ανισοτροπία σχήματος γίνεται πολύ μεγαλύτερη από τις εγγενείς ανισοτροπίες και επομένως μπορεί να κυριαρχήσει στη μαγνητική συμπεριφορά του συστήματος. Για παράδειγμα, οι πολυκρυσταλλικές ορθογώνιες ή ελλειπτικές κουκίδες τείνουν να έχουν τον εύκολο άξονα κατά μήκος του μεγάλου άξονα τους ή κολωνοειδείς κουκκίδες κατά το μήκος τους.

Η επιφανειακή ανισοτροπία κυριαρχεί σε κουκκίδες όπου η αναλογία επιφάνειας προς όγκο είναι υψηλή. Η μείωση της συναρμογής των επιφανειακών ατόμων μπορεί να εισάγει διαταραχές και αταξία των μαγνητικών ροπών. Ακόμη και οι αντισιδηρομαγνητικές νανοκουκκίδες μπορούν να εμφανίσουν συνολικές μαγνητίσεις σε πολύ μικρά μεγέθη. Η ανισοτροπία γεωμετρίας σχετίζεται με τις μικρές αποκλίσεις των ροπών από την παράλληλη διάταξη στις γωνίες των μη ελλειψοειδών κουκίδων, λόγω του μη ομοιογενούς πεδίου απομαγνήτισης.

Πηγή κειμένου: Ordered magnetic nanostructures: fabrication and properties, J.I. Martiın, J. Nogues, K. Liu, J.L. Vicent, I. K. Schuller, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 256, 449-501, 2003.

Η ύπαρξη μαγνητικών περιοχών σε μαγνητικά υλικά οδηγεί στην εμφάνιση υστέρησης της μαγνήτισης όταν μετράται ως συνάρτηση της αύξησης και της μείωσης του εφαρμοζόμενου DC μαγνητικού πεδίου. Όταν το μέγεθος ενός μεμονωμένου μαγνητικού σωματιδίου μειώνεται κάτω από κάποια κρίσιμη τιμή, δεν είναι πλέον ενεργειακά προτιμητέο να σχηματιστούν μαγνητικές περιοχές και τα σωματίδια είναι πλέον μιας μαγνητικής περιοχής. Για παράδειγμα, τα νανοσωματίδια Fe₂O₃ γίνονται μιας μαγνητικής περιοχής κάτω από περίπου 100 nm και τα μαγνητικά νανοσωματίδια CoFe₂O₄ κάτω από 50 nm. Η ύπαρξη νανοσωματιδίων μιας μαγνητικής περιοχής έχει ως αποτέλεσμα το φαινόμενο του υπερπαραμαγνητισμού όπου η μαγνήτιση ως συνάρτηση της αύξησης και της μείωσης του μαγνητικού πεδίου δεν εμφανίζει υστέρηση.

Η πυκνότητα αποθήκευσης πληροφοριών περιορίζεται από φυσικούς παράγοντες όπως ο υπερπαραμαγνητισμός (το μηδενικό συνεκτικό πεδίο συνεπάγεται απώλεια μνήμης) σε μικρού μεγέθους στοιχεία αποθήκευσης και από περιορισμούς μαγνητικού συντονισμού σε υψηλούς ρυθμούς ανάγνωσης και εγγραφής.

Ο υπερπαραμαγνητισμός αποτελεί πρόβλημα για σωματίδια με διάμετρο μικρότερη από περίπου 10nm, που αντιστοιχεί σε χωρικές πυκνότητες αποθήκευσης πληροφορίας περίπου 20 Gb/in².

Πηγή κειμένου: Physics of Magnetic Nanostructures, First Edition. Frank J. Owens, Inc. Published by John Wiley & Sons, Inc., 2015.

Πηγή κειμένου: MODERN MAGNETIC MATERIALS: Principles and Applications, ROBERT C. O' HANDLEY, Massachusetts Institute of Technology, John Wiley Pr Sons, 2000.

Thin-film or multilayer magnetic nanostructures have only one dimension in the nanoscale range. Magnetic and nonmagnetic layers are stacked to make heterostructured thin films, which have applications in spin valves, tunnel junctions, GMR, etc. Magnetic thin films show interesting magnetic phenomena such as perpendicular anisotropy, moment modifications at surfaces and interfaces, and thickness-dependent domain wall motion.

For thin films with perpendicular magnetic anisotropy, the saturation magnetization in the perpendicular direction is higher than that in the parallel direction. The perpendicular magnetic anisotropy in thin films is thickness dependent and vanishes with increasing film thickness, due to multidomain particle formation at larger thickness. At low thickness, Nd-Fe-B films are single domain and magnetization reversal is dominated by coherent rotation of magnetic domains, resulting in high coercivity. However, for larger thickness, the magnetization/demagnetization mechanism is different (domain wall motion) and results in low coercivity.

Article src: Handbook of Nanomaterials, R. Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.