De plusieurs façons, les aimants sont encore mystérieux. Ils tirent leurs effets (souvent puissants) des interactions microscopiques d'électrons individuels, et de l'interaction entre leurs comportements collectifs à différentes échelles. Mais si vous ne pouvez pas déplacer ces électrons pour étudier l'impact de facteurs tels que la symétrie sur les effets magnétiques à plus grande échelle, que pouvez-vous faire à la place ?

Il s'avère que des assemblages de nanoparticules métalliques, qui peut être soigneusement arrangé à plusieurs échelles de longueur, se comportent comme des aimants en vrac et présentent un affichage intrigant, comportement dépendant de la forme. Les effets, rapporté cette semaine dans le Journal de physique appliquée , des éditions AIP, pourrait aider à améliorer le stockage d'informations à haute densité et les technologies de spintronique.

"Le travail a été inspiré par la question [de] comment l'interaction magnétique entre les nanoparticules influence le comportement magnétique du système dans son ensemble, puisque de telles structures matricielles sont utilisées, par exemple, dans des supports de stockage haute densité, " a déclaré Alexandre Fabien, auteur principal de l'étude de l'Université Justus-Liebig de Giessen en Allemagne. "Pour étudier l'influence de [la] forme des assemblages de nanoparticules, ainsi que la distance entre eux, nous avons eu l'idée d'une conception hiérarchique des échantillons où les paramètres correspondants peuvent être systématiquement modifiés."

La ronde, Les nanocomposants métalliques Fe304 que Fabian et ses collègues ont utilisés dans leur étude ont été agencés pour former différentes formes à trois échelles de longueur différentes. En utilisant la lithographie par faisceau d'électrons, une méthode de lithographie modernisée qui utilise des électrons pour écrire la structure souhaitée, ils ont configuré les nanoparticules en formes serrées, comme les triangles, avec un côté mesurant environ 10 particules de longueur. Une grille en forme des configurations à plus petite échelle, espacés d'environ un micron, comprenait la troisième hiérarchie des échelles de longueur.

"Pour la préparation des échantillons, nous avons utilisé des méthodes lithographiques, qui permettent le contrôle précis de la distance et de la forme des assemblages de nanoparticules, " dit Fabian. " Pour chacun des trois niveaux hiérarchiques, il y a deux contributions, à savoir la partie en treillis et la partie en forme. Le grand nombre de possibilités dans la conception des échantillons rend cet aspect difficile pour trouver des systèmes avec les propriétés physiques les plus prometteuses. »

Les formes configurées à chaque (sous-)échelle ont été choisies en fonction de leurs symétries relatives, afin d'isoler les effets mesurés à leur échelle dimensionnelle causale.

« Les symétries du treillis et des formes ont été ici choisies pour ne pas interférer entre elles. Par exemple, les assemblages de forme circulaire ont été combinés avec différents types de treillis, " dit Fabian. " Des assemblages de différentes formes, comme les triangles, carrés ou ronds, présentent une dépendance angulaire de l'anisotropie magnétique (dépendance de la direction) correspondant à la forme de l'assemblage."

Avec ces conceptions intelligentes, le groupe a pu faire la démonstration d'un aimant à grande échelle, construit à partir de la nanoparticule. Bien que leurs structures agissent comme des ferromagnétiques en vrac, les mesures précises les ont surpris.

"Nos résultats montrent que sur les échelles de longueur choisies, seule la forme des assemblages influence le comportement magnétique, révélant que les assemblages de nanoparticules se comportent comme un seul ferroaimant en vrac." Fabian a déclaré. "Le plus surprenant était que les particules semblent se comporter comme un ferroaimant en vrac, mais avec une valeur de magnétisation différente de celle du matériau en vrac, ce qui est un point intéressant pour de futures enquêtes."

Des expériences comme celles-ci peuvent offrir de précieux, un aperçu fondamental des dernières technologies dépendantes du magnétisme, qui constituent une grande partie du marché de l'électronique. Mais plus fondamentalement, ces approches nanoscopiquement ascendantes démontrent des moyens contrôlables de sonder les fibres fondamentales comprenant des propriétés électromagnétiques globales et collectives.

« D'un point de vue fondamental, il est très intéressant d'étudier les nanosystèmes comme les nanoparticules. Puisqu'ils peuvent être fabriqués de manière très contrôlée, elles peuvent également être étudiées dans une approche systématique. Propriétés des nanoparticules différentes de la masse, ou encore de nouvelles propriétés comme le superparamagnétisme, dans les nanoparticules les rendent également intéressantes pour la recherche fondamentale."