Une équipe de scientifiques de l'Université fédérale Immanuel Kant Baltic, avec leurs collègues de Russie, Japon, et l'Australie, ont étudié l'influence des champs magnétiques inhomogènes appliqués au cours du processus de fabrication de structures en couches minces en alliages nickel-fer et iridium-manganèse. Ces systèmes peuvent être utilisés dans divers types de capteurs de champ magnétique. Les résultats sont publiés dans le Journal du magnétisme et des matériaux magnétiques .

Les matériaux magnétiques sont divisés en plusieurs types en fonction de leur réaction sur un champ magnétique externe. Par exemple, les matériaux diamagnétiques se magnétisent en sens inverse du champ extérieur, tandis que les paramagnétiques acquièrent le moment magnétique avec la même direction que celle du champ. Deux autres classes de matériaux magnétiques, ferromagnétiques et antiferromagnétiques, sont différentes, car ils sont capables de conserver les propriétés magnétiques même en l'absence de champ extérieur. Les matériaux ferromagnétiques possèdent un moment magnétique résiduel et peuvent être utilisés comme aimants permanents, tandis que le moment magnétique des matériaux antiferromagnétiques est égal à zéro en l'absence de champ magnétique en raison des moments magnétiques des sous-réseaux qui ont des directions opposées et s'annulent.

Un phénomène typique pour les matériaux ferromagnétiques est une hystérésis magnétique, c'est-à-dire un changement de l'intensité du champ magnétique intrinsèque d'un ferromagnétique lors de l'augmentation ou de la diminution d'une intensité de champ magnétique externe. Une boucle d'hystérésis d'un matériau ferromagnétique est généralement symétrique par rapport au point d'origine. Cependant, pour les matériaux constitués de deux couches minces (une antimagnétique et une ferromagnétique), la boucle d'hystérésis peut être déplacée sur le point d'origine. Ce phénomène est appelé le biais d'échange, et est causé par un couplage d'échange entre un matériau ferromagnétique avec un antiferromagnétique.

Les physiciens de l'IKBFU ont étudié comment le champ magnétique inhomogène, appliqué lors de la fabrication de couches minces à base de nickel-fer (NiFe) et d'iridium-manganèse (IrMn), influencer ses propriétés. Les échantillons de couches minces ont été réalisés par la méthode de pulvérisation magnétron. Dans cette technologie, une cible (un morceau de métal qui doit être pulvérisé) est bombardée par les atomes inertes (par exemple les atomes d'un gaz noble).

"Nous avons démontré que la présence d'un champ magnétique inhomogène au cours du processus de fabrication de structures couplées par échange de couches minces modifie leur mécanisme d'inversion de magnétisation. Si des champs magnétiques homogènes sont utilisés dans ce processus, elle conduit au décalage classique de la boucle d'hystérésis. Les changements dans l'homogénéité du champ magnétique affectent à la fois la valeur du décalage de boucle et la forme de la boucle dans la structure du film NiFe/IrMn. Nous avons démontré qu'une boucle d'hystérésis pas à pas peut être obtenue pour l'échantillon qui a été créé dans la zone avec le gradient le plus élevé du champ magnétique. Les régularités que nous avons découvertes permettront d'augmenter la sensibilité des détecteurs de champ magnétique, " dit Valeria Rodionova, un co-auteur de l'ouvrage, candidat des Sciences Physico-Mathématiques, et le Chef du Laboratoire des Nouveaux Matériaux Magnétiques de l'IKBFU.