Роланд Визендангер
Гамбургский междисциплинарный центр нанонауки,
Университет Гамбурга, D-20355 Гамбург, Германия
wiesendanger@physnet.uni-hamburg.de, www.nanoscience.de

Говоря об основах наноспинтроники, следует выделить три принципиальных элемента: I) многослойные системы и наноструктуры на основе металлов, находящие применение в сфере производства датчиков, использующих эффекты супер-магнеторезистивности (GMR) и туннельной магнеторезистивности (TMR), а также современных магнитных носителей информации, II) полупроводниковые ферромагнитные гетероструктуры и разбавленные магнитные полупроводники, внедрение которых обещает существенно расширить функциональные возможности полупроводниковых наноэлектронных устройств, и III) молекулярная спинтроника, которая в настоящее время начинает активно развиваться и имеет значительный потенциал в плане миниатюризации и увеличения функциональности. Однако конечный успех деятельности во всех трех направлениях в огромной степени зависит от фундаментального изучения магнитных и зависящих от спина свойств и взаимодействий на атомарном уровне, что требует определения спиновых структур и спиновых возбуждений вплоть до атомарного масштаба. Впервые в случае магнитных материалов была произведена непосредственная визуализация спиновых структур атомарного масштаба, что стало
возможным благодаря сочетанию выдающейся разрешающей способности сканирующей туннельной микроскопии и чувствительности спина на основе вакуумного тунеллирования спин- поляризованных электронов. Данная интегрированная методика, известная как спинполяризованная сканирующая туннельная микроскопия, открывает беспрецедентные возможности для глубинного исследования коллинеарных и неколлинеарных спиновых структур на поверхностях магнитных наноструктур; в частности, благодаря ей стало возможным недавно сделанное открытие новых типов наномасштабного магнитного порядка. В числе самых последних разработок следует отметить технологию спин-поляризованной сканирующей туннельной микроскопии при температурах, близких к 0° Кельвина, позволившую изучать магнитные свойства основного состояния отдельных магнитных адатомов на немагнитной подложке, а также магнитные взаимодействия, имеющие место между подобными адатомами. Кроме того, благодаря обнаружению зависящих от спина процессов обмена и сил взаимодействия, впервые удалось выполнить непосредственное наблюдение спиновых структур на поверхностях антиферромагнитных диэлектриков в реальном пространстве.
Новый вид сканирующей зондовой микроскопии, названный «магнитная обменно-силовая микроскопия (MexFM)», является мощным инструментом для исследования различных типов спин-спиновых взаимодействий на основе прямого обмена, сверхобмена и обмена типа RKKY вплоть до атомарного уровня. В сочетании с высокоточными средствами измерения демпфирующих сил, магнитная обменно-силовая микроскопия позволила также осуществлять экспериментальное изучение локализованных и ограниченных спиновых возбуждений в малоразмерных магнитных системах. Наконец, комплексное комбинирование считывания состояния спина и манипулирования таковым на основе индуцированного спиновым током переключения через вакуумный промежуток с использованием технологии спинполяризованной сканирующей туннельной микроскопии, представляет собой новый перспективный подход к проблеме сверхплотной магнитной записи, позволяющий обойтись без использования магнитных полей рассеяния.