Μέχρι τη νανοκλίμακα - Ιδιότητες

Πολλές άλλες ιδιότητες των μαγνητικών κουκίδων προέρχονται από τις διατάξεις των μαγνητικών περιοχών τους. Από τη μία πλευρά, οι κουκκίδες μιας μαγνητικής περιοχής συήθως εμφανίζουν μεγαλύτερα συνεκτικά πεδία από τα αντίστοιχες συνεχή υμένια, λόγω της αλλαγής του μηχανισμού αναστροφής (π.χ. από την πυρηνοποίηση περιοχών στη συνεκτική περιστροφή) και/ή της αύξησης του πεδίου απομαγνήτισης. Από την άλλη, τα συστήματα με κλειστές διατάξεις περιοχών ή καταστάσεις στροβίλου εμφανίζουν μειωμένη παραμένουσα μαγνήτιση. Με άλλα λόγια, η διαδικασία μαγνήτισης, και συνεπώς ο βρόχος υστέρησης, μπορεί να είναι ριζικά διαφορετικός μεταξύ κουκκίδων διαφορετικών μεγεθών και συνεχών υμενίων του ίδιου υλικού.

Μια άλλη σημαντική ιδιότητα των κουκίδων είναι η παρουσία νέων ανισοτροπιών που απουσιάζουν σε συνεχείς υμένια. Υπάρχουν ουσιαστικά τέσσερις τέτοιες ανισοτροπίες: (i) η πιο σημαντική σχετίζεται με το σχήμα των κουκίδων (ανισοτροπία σχήματος). Η ανισοτροπία σχήματος δεν είναι νέο είδος ανισοτροπίας, αφού εμφανίζεται και σε συμπαγή και λεπτά υμένια σιδηρομαγνητών.

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.

Μια άλλη κατηγορία μαγνητικών νανοδομών είναι οι μοριακοί νανομαγνήτες, που μερικές φορές ονομάζονται μαγνήτες ενός μορίου. Τα μοριακά μαγνητικά συσσωματώματα τοποθετούνται στο μέσο μεταξύ κλασικών και κβαντικών μαγνητών και παρουσιάζουν ασυνήθιστες ιδιότητες. Οι μοριακοί νανομαγνήτες είναι κυρίως οργανικά μόρια που συνδέονται με μέταλλα με μη συζευγμένα ηλεκτρόνια. Οι μοριακοί νανομαγνήτες είναι καλοί υποψήφιοι για παρατηρήσεις κβαντικών φαινομένων λόγω της καλά καθορισμένης δομής τους και της καλά χαρακτηρισμένης κατάστασης μαγνητικής ροπής. Το κβαντικό φαινόμενο σήραγγας της μαγνήτισης λόγω θερμικής ενεργοποίησης παρατηρήθηκε για πρώτη φορά σε μοριακούς νανομαγνήτες.

Πηγή κειμένου: Handbook of Nanomaterials, R. Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.

Τα νανοδομημένα υλικά έχουν μεγάλες αναλογίες επιφάνειας προς όγκο, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ανομοιογενείς μαγνητικές ιδιότητες. Λόγω της απόσβεσης των τροχιακών ροπών στα συμπαγή υλικά, δεν υπάρχει τροχιακή συνεισφορά στη συνολική μαγνητική ροπή. Επομένως, η μαγνητική ροπή στο μεγαλύτερο μέρος του όγκου είναι γενικά μικρότερη από αυτή στην επιφάνεια. Η επιφανειακή ανισοτροπία διαφέρει επίσης από τη συμβατική ανισοτροπία και οι αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής διαμορφώνονται εντός της νανοδομής. Πλήθος μεθόδων χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό των δομικών και μαγνητικών ιδιοτήτων των νανοδομημένων μαγνητικών υλικών.

Ο μαγνητικός κυκλικός διχρωισμός ακτίνων Χ παρέχει πληροφορίες σχετικά με το τοπικό μαγνητικό περιβάλλον, η σκέδαση νετρονίων μικρής γωνίας (SANS) δίνει πληροφορίες σχετικά με το μαγνητικό περιβάλλον γύρω από τα άτομα και η σαρωτική μικροσκοπία σήραγγας με πόλωση του σπιν (SP-STM) δίνει επίσης δεδομένα για τον τοπικό μαγνητισμό των ατόμων σε επιφάνειες ή διεπαφές. Οι μαγνητικές μετρήσεις εκτελούνται με τις ίδιες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για συμπαγή μαγνητικά υλικά, π.χ. δονούμενη μαγνητομετρία δειγμάτων (VSM), μαγνητομετρία SQUID και μαγνητο-οπτικό φαινόμενο Kerr (MOKE). Η μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης (MFM) χρησιμοποιείται για τη μελέτη των μαγνητικών περιοχών και της κίνησης του τοιχωμάτων μαγνητικών περιοχών. Ο δομικός χαρακτηρισμός πραγματοποιείται με τεχνικές όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και η ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης (TEM).

Η κατανόηση των φαινομένων που οφείλονται στο νανοδομικό χαρακτήρα σε μαγνητικά υλικά, όπως το φαινόμενο σήρραγας πολωμένου σπιν και το φαινόμενο GMR, απαιτεί θεωρητική μελέτη του μαγνητισμού ατομικής κλίμακας, εκτός από τις πειραματικές έρευνες. Θεωρητικές μελέτες, που βασίζονται κυρίως στη θεωρία πυκνότητας καταστάσεων (DFT), έχουν διεξαχθεί για την κατανόηση της ηλεκτρονικής δομής και έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι για τη συσχέτιση των υπολογισμών της ηλεκτρονικής δομής ab initio με προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής μεγάλης κλίμακας για την ερμηνεία της μαγνητικής συμπεριφοράς των νανοδομημένων υλικών.

Πηγή κειμένου: Handbook of Nanomaterials, R. Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.

Ο μηχανισμός αναστροφής συνεκτικού πεδίου/μαγνήτισης των νανοσύρματων είναι διαφορετικός από αυτόν του υλικών όγκου. Η κατεύθυνση εύκολης μαγνήτισης των νανοσύρματων είναι κατά μήκος των αξόνων τους και η συνολική μαγνητική ανισοτροπία κυριαρχείται από την ανισοτροπία σχήματος. Οι βρόχοι υστέρησης παρουσιάζουν μεγαλύτερη τετραγωνικότητα για τα πεδία που εφαρμόζονται παράλληλα με τις διατάξεις νανοσυρμάτων σε σύγκριση με όταν το πεδίο που εφαρμόζεται είναι κάθετο. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκαν σημαντική διαφορά μεταξύ των καμπυλών με το πεδίο να εφαρμόζεται παράλληλα ή κάθετα με τα σύρματα. Η αντιστροφή της μαγνήτισης και το συνεκτικό πεδίο των νανοσύρματων διαμορφώνονται σημαντικά από τη διάμετρο του νανοσύρματος. Η αντιστροφή μαγνήτισης μπορεί να συμβεί με διαφορετικές διαδικασίες (coherent rotation, curling, buckling).

Ο έλεγχος σχήματος των νανοσωματιδίων όπως τα νανοσύρματα και οι νανοσωλήνες παρέχει την ευκαιρία να ρυθμιστεί η ανισοτροπία σχήματος. Η εξέλιξη στις πειραματικές τεχνικές έχει καταστήσει δυνατή τη σύνθεση νανοσύρματων με μεγάλες αναλογίες διαστάσεων. Μεταξύ των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή διατάξεων νανοσύρματος, η ηλεκτροαπόθεση υποβοηθούμενη από πρότυπα είναι μια τεχνική χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης και έχει αναφερθεί η προετοιμασία νανοσύρματος FePt με ηλεκτροαπόθεση και διαλυτοθερμική σύνθεση. λόγω του υψηλού δυναμικού αναγωγής του Nd, ωστόσο, είναι δύσκολο να συντεθούν νανοσύρματα Nd₂Fe₁₄B με ηλεκτροαπόθεση. Στη διαδικασία της διαλυτοθερμικής σύνθεσης, ελέγχοντας τη συγκέντρωση της επιφανειοδραστικής ουσίας, μπορούν να συντεθούν διαφορετικά σχήματα και μεγέθη νανοσωματιδίων FePt. Λόγω της υψηλής ανισοτροπίας των νανοσύρματων, αναμένεται υψηλό συνεκτικό πεδίο στα νανοσύρματα FePt.

Ωστόσο, το συνεκτικό πεδίο που παρατηρείται είναι πολύ μικρότερο από το πεδίο της ανισοτροπίας, υποδηλώνοντας ότι η περιστροφή μαγνήτισης δεν είναι συνεκτική, αλλά περιλαμβάνει πυρήνοποίηση μαγνητικών περιοχών και κινήσεις μαγνητικών περιοχών. Ο μηχανισμός αναστροφής συνεκτικού πεδίου/μαγνήτισης των νανοσύρματων είναι διαφορετικός από αυτόν στα υλικά όγκου. Η κατεύθυνση εύκολης μαγνήτισης των νανοσύρματων είναι κατά μήκος των αξόνων τους  και η συνολική μαγνητική ανισοτροπία κυριαρχείται από την ανισοτροπία σχήματος.

Πηγή κειμένου: Handbook of Nanomaterials, R. Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.

Πηγή κειμένου: Magnetism: Basics and Applications, Stefanita, Carmen-Gabriela, Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 2012.

Ο κβαντικός περιορισμός συμβαίνει όταν οι διαστάσεις των νανοδομών είναι της τάξης του μήκους κύματος των οπών ή των ηλεκτρονίων, που είναι οι φορείς ρεύματος. Σε έναν ημιαγωγό, αυτά τα μήκη κύματος είναι της τάξης των μm, που σημαίνει ότι ο κβαντικός περιορισμός συμβαίνει σε αυτή την κλίμακα μεγεθών. Για μια κβαντική κουκίδα κατασκευασμένη από ένα υλικό DMS (Dilute Magnetic Semiconductor) που είναι ένας ημιαγωγός εμπλουτισμένος με ένα ιόν που έχει μη συζευγμένα ηλεκτρόνια όπως το Mn²⁺, εμφανίζονται ορισμένα ενδιαφέροντα φαινόμενα. Ο περιορισμός μπορεί να ενισχύσει την σπιν-σπιν αλληλεπίδραση ανταλλαγής. Αυτό σημαίνει ότι οι κβαντικές κουκίδες μπορεί να έχουν υψηλότερες θερμοκρασίες Curie σε σύγκριση με το συμπαγές υλικό.

Μια μαγνητική κβαντική κουκίδα είναι ένα σιδηρομαγνητικό υλικό στο οποίο και οι τρεις διαστάσεις έχουν διαστάσεις στην κλίμακα των νανομέτρων. Τέτοιες κουκίδες μπορούν να κατασκευαστούν με μια διαδικασία top-down χρησιμοποιώντας λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων. Όπως φαίνεται στο σχήμα, το αρχικό βήμα είναι η κατασκευή ενός κβαντικού μαγνητικού πηγαδιού όπως το Si:Mn σε ένα υπόστρωμα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα a, αυτό στη συνέχεια καλύπτεται από ένα υλικό, μια ρητίνη, που είναι ευαίσθητο στην ακτινοβολία.

Μια τυπική ρητίνη αποτελεί ο πολυμερής μεθακρυλικός πολυμεθυλεστέρας [C₅O₂H₈]_n. Στη συνέχεια, το δείγμα ακτινοβολείται με δέσμη ηλεκτρονίων στην περιοχή όπου θα εντοπίζεται η νανοδομή, όπως φαίνεται στο σχήμα b. Αυτό μπορεί να γίνει είτε με τη χρήση μάσκας ακτινοβολίας που περιέχει το νανοδομημένο μοτίβο, όπως φαίνεται. Η ακτινοβολία τροποποιεί χημικά την εκτεθειμένη περιοχή της ρητίνης έτσι ώστε να γίνει διαλυτή σε ένα υλικό εμφάνισης.

Το τρίτο βήμα (Σχήμα c) στη διαδικασία είναι η εμφάνιση για την αφαίρεση των ακτινοβολημένων τμημάτων της ρητίνης. Το τέταρτο βήμα (Σχήμα d) είναι η εισαγωγή μιας μάσκας εγχάραξης στην οπή της ρητίνης και το πέμπτο βήμα (Σχήμα e) συνίσταται στην αποκόλληση των επιπλέον τμημάτων της ρητίνης. Στο έκτο βήμα (Σχήμα f), οι περιοχές του κβαντικού φρέατος που δεν έχουν καλυφθεί από τη μάσκα εγχάραξης χαράσσονται χημικά για να παράγουν την κβαντική δομή που φαίνεται στο Σχήμα στ που καλύπτεται από τη μάσκα εγχάραξης. Τέλος, η μάσκα εγχάραξης αφαιρείται για να παρέχει την επιθυμητή κβαντική δομή (Σχήμα g), η οποία είναι η κβαντική κουκκίδα. Αυτή είναι η πιο κοινή διαδικασία που ονομάζεται λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων που χρησιμοποιεί μια δέσμη ηλεκτρονίων για την ακτινοβολία. Υπάρχουν και άλλοι τύποι λιθογραφίας που χρησιμοποιούν ουδέτερες δέσμες ατόμων (π.χ. Li, Na, K, Rb, Cs), δέσμες φορτισμένων ιόντων (π.χ. Ga⁺) ή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία όπως ορατό φως, υπεριώδες φως ή ακτίνες Χ.

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

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.

Υπάρχει η ανισοτροπία σε λεπτές μεμβράνες και νανοσωματίδια που προέρχεται από την επιφάνεια. Η επιφανειακή ανισοτροπία συζητήθηκε για πρώτη φορά από τον Neel το 1956. Εκτίμησε το μέγεθος ως Ks ≈ 1 mJ m-2. Προέρχεται κυρίως από τον μηχανισμό ενός ιόντος - τη σύζευξη των επιφανειακών ατόμων με το κρυσταλλικό πεδίο που παράγεται από το ανισότροπο περιβάλλον τους. Κυρίως προέρχεται από την επιφανειακή μονοστιβάδα που έχει σπάσει τη συμμετρία, αλλά επεκτείνεται στις πρώτες λίγες μονοστοιβάδες που βιώνουν δομική χαλάρωση κάθετα προς την επιφάνεια. Η συνολική ανισοτροπία μιας λεπτής μεμβράνης είναι επομένως το άθροισμα των όρων που κλιμακώνονται με τον όγκο και την επιφάνεια.

Η επιφανειακή ανισοτροπία μπορεί επίσης να επηρεάσει τις μαγνητικές διαμορφώσεις των σιδηρομαγνητικών νανοσωματιδίων, όταν η ανταλλαγή δεν είναι πολύ ισχυρή. Μερικά παραδείγματα φαίνονται στο σχήμα. Αυτά τα αποτελέσματα δεν είναι σημαντικά σε νανοσωματίδια τρισδιάστατων μετάλλων και κραμάτων με σημεία Κιουρί πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου, αλλά μπορεί να είναι σημαντικά για κράματα σπάνιων γαιών με χαμηλά σημεία Κιουρί ή σιδηρομαγνήτες ακτινιδών όπως οι ΗΠΑ, όπου η ανισοτροπία ενός ιόντος είναι εξαιρετικά ισχυρή.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey, Cambridge University Press, 2010.

Μια απλή προσέγγιση για την παραγωγή νανοσύνθετων υμενίων με σύζευξη ανταλλαγής στα συστήματα FePt/α-Fe και FePt/Co είναι η χρήση πολυστρωματικών υμενίων σκληρών και μαλακών φάσεων. Στα λεπτά υμένια FePt, τα πολυστρωματικά υμένια FePt/Fe, λόγω του υψηλότερου βαθμού χημικής ομοιογένειας στη μικροδομή τους, εμφανίζουν εντονότερη σύζευξη ανταλλαγής από τα πολυστρωματικά υμένια Fe/Pt. Το συνεκτικό πεδίο αυξάνεται με τη μείωση του πάχους των στρωμάτων Fe. Οι θεωρητικοί υπολογισμοί προβλέπουν υψηλή ανισοτροπία, υψηλό συνεκτικό πεδίο, και ως εκ τούτου ένα ενισχυμένο ενεργειακό γινόμενο ≈ 700 kJ/m³ για 8 nm α-Fe σε μια διατεταγμένη μήτρα FePt.

Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, έχει γίνει σημαντική προσπάθεια για τη σύνθεση νανοσύνθετων λεπτών υμενίων με βάση κράματα Nd-Fe-B και FePt. Η φύση της διαστρωματικής σύζευξης μεταξύ των στρωμάτων που μελετάται με διαγράμματα Henkel έδειξε ότι σε λεπτά υμένια Nd-Fe-B και FePt, όπως και στα συμπαγή σύνθετα υλικά, η σύζευξη κυριαρχείται από αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής. Οι Sun et al. παρατήρησαν ότι ο βαθμός αυτής της σύζευξης ανταλλαγής εξαρτάται από το πάχος του μαγνητικά μαλακού στρώματος.

Πηγή κειμένου: Handbook of Nanomaterials, R. Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.

Τα λεπτά ή πολυστρωματικά μαγνητικά υμένια  έχουν μόνο μία διάσταση στην περιοχή νανοκλίμακας. Μαγνητικά και μη μαγνητικά στρώματα στοιβάζονται για να σχηματίσουν ετεροδομημένα λεπτά υμένια, τα οποία έχουν εφαρμογές σε βαλβίδες σπιν, συζεύξεις σήραγγας,  GMR κ.λπ. Τα μαγνητικά λεπτά υμένια παρουσιάζουν ενδιαφέροντα μαγνητικά φαινόμενα όπως η κάθετη ανισοτροπία, οι μεταβολές των ροπών σε επιφάνειες και διεπαφές και η κίνηση των τοιχώματος των περιοχών ανάλογα με το πάχος.

Στα λεπτά υμένια με κάθετη μαγνητική ανισοτροπία, η μαγνήτιση κόρου στην κάθετη κατεύθυνση είναι μεγαλύτερη από αυτή στην παράλληλη κατεύθυνση. Η κάθετη μαγνητική ανισοτροπία σε λεπτά υμένια εξαρτάται από το πάχος και εξαφανίζεται με την αύξηση του πάχους του φιλμ, λόγω του σχηματισμού σωματιδίων πολλαπλών τομέων σε μεγαλύτερο πάχος. Σε μικρά πάχη, τα υμένια Nd-Fe-B είναι μιας μαγνητικής περιοχής και η αντιστροφή μαγνητισμού κυριαρχείται από συνεκτική περιστροφή μαγνητικών περιοχών, με αποτέλεσμα υψηλό συνεκτικό πεδίο. Ωστόσο, για μεγαλύτερο πάχος, ο μηχανισμός μαγνήτισης/απομαγνήτισης είναι διαφορετικός (κίνηση τοιχωμάτων περιοχών) και έχει ως αποτέλεσμα χαμηλό συνεκτικό πεδίο.

Ένα ιδανικό λεπτό υμένιο χαρακτηρίζεται από ομαλή ανά στρώμα ανάπτυξη με υψηλό βαθμό επιταξίας και ομαλές διεπιφάνειες. Η διαστρωματική διάχυση πρέπει να ελαχιστοποιηθεί και πιθανώς να χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί μια επικάλυψη μη αναμείξιμων στοιχείων για να επιτευχθεί μια ομαλή διεπιφάνεια.

Η τεχνική της ιοντοβολής RF/magnetron χρησιμοποιείται συνήθως για την προετοιμασία λεπτών υμενίων Nd-Fe-B και FePt. Η σύνθεση λεπτών υμενίων FePt με εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες έχει επίσης επιτευχθεί με την τεχνική της ηλεκτροαπόθεσης.

Πηγή κειμένου: Handbook of Nanomaterials, R. Vajtai, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.