Модельный зоопарк спиновых структур в наномагнитах
Понимание свойств магнитов нанометровых размеров, чрезвычайно важно для развития таких областей как магнитная запись, магнитные жидкости, биомедицина. В курсе школьной физики мы узнаем, что магнитная структура больших магнитов состоит из областей, в которых намагниченность однородна – магнитных доменов, а намагниченность различных доменов ориентирована по-разному. Внутри наномагнитов не может поместиться больше одного домена. Самое простое - предположить, что магнитные моменты или спины атомов ориентированы однородно в пределах каждой наночастицы. На самом деле их спиновые конфигурации могут быть гораздо сложнее.
Одной из важных причин новых структур и свойств наномагнитов является большая доля атомов на поверхности частицы. В магнитной частице размером около миллиметра доля поверхностных атомов практически неотличима от нуля, но если мы имеем дело с наночастицей, то на поверхности может находиться половина всех атомов. Влияние поверхности наночастицы на ее магнитную структуру может быть связано с так называемой поверхностной магнитной анизотропией. Компьютерный расчет для сферических частиц с различной энергией магнитной анизотропии показывает, целый ряд новых интересных магнитных структур.
Спиновые конфигурации для частицы с простой кубической структурой и 10 атомов в диаметре (a). Однородная конфигурация (поверхностной анизотропии нет).
(b) смятая конфигурация (слабая поверхностная анизотропия).
(с) конфигурация «ёж» (сильная поверхностная анизотропия).
(d) конфигурация «артишок» (сильная отрицательная поверхностная анизотропия).
Источник информации:
L. Berger, Y. Labaye, M. Tamine, and J. Coey, Phys. Rev. B 77, 104431 (2008).