Наука і техніка

Іспанські і американські фізики, які вивчають наноелектроніку, з'ясували, що розмір має-таки значення, коли мова заходить про прогноз поведінки електричних контактів товщиною в атом.
У новому дослідженні, опублікованому у виданні Nature, фізики з університету Аліканте в Іспанії та університету Райс у Х'юстоні виявили, що атомні контакти, зроблені з феромагнітних металів, таких як залізо, кобальт і нікель, ведуть себе інакше, ніж ті, що застосовуються в сучасних електронних пристроях.

«Ми з'ясували, що останній атом у самому кінці ряду веде себе інакше, ніж ми очікували», повідомив співавтор дослідження Даг Нательсон, ад'юнкт-професор фізики і астрономії університету Райс. «Виявляється, змінюючи розмір цих металів, ми дійсно можемо змінити і їх властивості».

Результати дослідження засновані на ефекті Кондо, одному з найбільш часто і повно вивчених феноменів магнітних матеріалів. Раніше, на зорі розвитку електромагнетизму, вчені знали, що нормальні метали, наприклад, мідь, краще проводять електрику, коли охолоджуються. Але в 1930-х учені виявили, що додавання навіть незначного обсягу феромагнітних металів, наприклад, заліза, нейтралізує дане правило. У 1960-х японський фізик Юн Кондо пояснив цей ефект: охолоджуючись, в нормальних металах знижується частота коливань атомів і, як наслідок, знижується електричний опір. Мобільні електрони в металах зазвичай мають тенденцію міняти спін в напрямку, протилежному спину електронів магнітного атома. А тому при низькій температурі електрон, що переміщається за феромагнітної домішкою, буде транспонувати спін і відхилятися від заданого курсу. Це пояснює, чому навіть крихітні феромагнітні домішки можуть підвищити електричний опір, не дивлячись на подальше охолодження.

Вчені не очікували, що ефект Кондо буде грати будь-яку роль у дротах і контактах, зроблених повністю з феромагнітних металів, таких як залізо, кобальт і нікель. Співавтори дослідження Марія Рейєс Кальво і Карлос Юнтайд проводили експеримент в лабораторії в 2008 році. Кальво, аспірант, працював з феромагнітними контактами товщиною в атом, які були створені шляхом зниження і підняття кінчика скануючого тунельного мікроскопа на поверхні.

Юнтайд знав, що Нательсон працював з системами подібного ж розміру, але виготовленими іншим способом, шляхом укладання металу на плоскій поверхні. А тому Юнтайд домовився з урядом Іспанії про туристичний грант, і Нательсон погодився поспостерігати за дослідженням, яке належало провести Кальво в університеті Райс.

«Рейєс діяла дуже швидко, і протягом декількох тижнів вона освоїла техніку, щоб зробити з'єднання атомної ширини», сказав Нательсон. «Вона провела безліч експериментів на з'єднаннях, зроблених з кобальту та нікелю, і ми нарешті побачили той же ефект Кондо, який вона спостерігала в Іспанії».

Співавтори дослідження Джоакіно Фернандес-Росія та Хуан Хосе Паласіо з університету Аліканте, а також Девід Якоб з університету Рутгерс, призвели теоретичне обгрунтування для пояснення несподіваного ефекту. Нательсон заявив, що дане відкриття - черговий приклад унікального ефекту, що характеризує нанотехнології.

«Інженери, проектуючи щось на атомному рівні, повинні пам'ятати, що тут вступають в силу зовсім інші ефекти», уклав Нательсон.