ナノ科学：単一原子磁性体の読み書き

古典的手法で高密度磁気記憶媒体を実現する究極の限界は、単一原子ビットである。今のところ、個別にアドレスできる最小の双安定磁気ビットは、3～12個の原子で構成されたものである。分子磁性体中の単一ランタノイド原子やバルク結晶中の低濃度ランタノイド原子で、長い磁気緩和時間が実証されており、最近、酸化マグネシウム（MgO）上に担持されたホルミウム（Ho）原子の集団でも実証されている。これらの実験からは、原子レベルの極限でのデータ記憶への道筋が示唆されているが、個々の磁気中心にアクセスする方法はまだ明らかになっていない。今回我々は、MgO上の個々のHo原子の磁気の読み書きを実証し、それらの原子が独立して磁気情報を長時間保持することを示す。我々は、トンネル磁気抵抗を用いてHoの状態を読み出し、走査型トンネル顕微鏡を用いて電流パルスで状態を書き込んでいる。長寿命状態の磁気的起源は、近接する鉄センサー原子の単一原子電子スピン共鳴によって確認され、この鉄センサー原子によって、この表面上でHoが10.1 ± 0.1ボーア磁子という大きな面外モーメントを持つことも示された。別々に読み書きできることを実証するため、我々はHoビットを2つ持つ原子スケールの構造体を作製し、とり得る4つの状態をこれに書き込み、磁気抵抗を用いる方法と電子スピン共鳴を用いる間接的な方法の両方でこれらの状態を読み出した。この高い磁気安定性は、電気的な読み書きと併せて、単一原子磁気メモリーを実現できることを示している。

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