Фізики з Федеральної політехнічної школи Лозанни створили рекордно стійкий магніт, що складається з одного атома. Частинка здатна зберігати свій магнітний стан при температурі в 30 кельвінів. Час, протягом якого атом може зберігати інформацію, досягає 25 хвилин при 10 кельвінах. За словами вчених, подібний результат наближає момент створення модулів пам'яті з максимальною допустимою ємністю в один біт на атом. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз EPFL.
Багато сучасних методів зберігання інформації засновані на використанні магнітних матеріалів. Окремі їхні фрагменти - домени - відіграють роль магнітів, що зберігають у собі «» 0 «» або «» 1 «», залежно від орієнтації полюсів. Щоб збільшити щільність запису, домени доводиться робити все менше і менше, доходячи до десятка нанометрів. Такі розміри впритул наближаються до масштабів одиничних молекул і атомів, що забезпечують теоретичну межу щільності запису.
Однак, у випадку мономолекулярних магнітів важливим стає параметр часу життя магнітних станів, протягом якого спин частинки залишається постійним. Він безпосередньо пов'язаний з часом зберігання інформації в комірці. Однією з причин скорочення цього параметра є теплові коливання молекул і середовища. Раніше матеріалознавцям вдавалося домогтися величин близько сотні секунд при охолодженні до 10 кельвінів, нова робота на порядок покращує цей рекорд.
Як досліджуваний атом фізики вибрали гольмій - один з рідкоземельних елементів, що володіє вираженими магнітними властивостями. Вчені осадили крихітні кількості атомів гольмію на поверхню немагнітної плівки з оксиду магнію. Облога відбувалася при температурах близько 10 кельвінів, щоб домогтися мінімальної рухливості атомів на поверхні. Факт осадження підтверджували за допомогою скануючої тунельної мікроскопії - атоми гольмію виглядали на сканах випуклостями, що однаково височіють над поверхнею. Відстані між частинками на підкладці досягали декількох нанометрів.
Потім вчені проаналізували час релаксації магнітних станів. Для цього зразок поміщали в сильне магнітне поле (6,8 тесла), домагаючись того, щоб всі спини вишикувалися в одному напрямку, після чого поле вимикали. Характерний час, за який намагніченість у зразку розсіювалася становило 1586 131 секунда. Фізики відзначають, що цей час перевищує аналогічний параметр у більш великих структур, наприклад, молекул комплексів гольмію. За словами авторів, така незвичайна стабільність пов'язана з симетрією області поверхні оксиду магнію, з якою зв'язуються атоми гольмію.
Крім того, фізики досліджували як змінюється поведінка атомів при різних температурах, вимірюючи магнітну гістерезу зразків. Для цього зовнішнє поле повільно змінювали з + 6,8 тесла на -6,8 тесла і назад. Різниця в магнітних властивостях при різних напрямках зміни поля вдалося спостерігати до температури в 40 кельвінів, що говорить про здатність атомів зберігати свої властивості при високих температурах.
Попередній рекордсмен серед мономолекулярних магнітів - мостикові комплекси лантанідів (РЗЕ). При температурі 13,9 кельвіна їх час релаксації становить близько 100 секунд. Найменші з відомих стійких магнітів - антиферромагнітні ланцюжки, що складаються з 12 атомів заліза і ферромагнітні кластери всього з п'яти атомів заліза. Час життя магнітних станів у них визначено при 0,5 кельвіна - він досягає декількох годин. Описані кластери менших розмірів, за словами авторів, зберігають свою орієнтацію лише протягом декількох секунд.