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Nanoscale magnetic sensing with an individual
electronic spin in diamond

Detection of weak magnetic fields with nanoscale spatial resolution
is an outstanding problem in the biological and physical
sciences. For example, at a distance of 10 nm, the spin of a single
electron produces a magnetic field of about 1 mT, and the corresponding
field from a single proton is a few nanoteslas. A sensor
able to detect such magnetic fields with nanometre spatial resolution
would enable powerful applications, ranging from the detection
of magnetic resonance signals from individual electron or
nuclear spins in complex biological molecules to readout of classical
or quantum bits of information encoded in an electron or
nuclear spin memory. Here we experimentally demonstrate an
approach to such nanoscale magnetic sensing, using coherent
manipulation of an individual electronic spin qubit associated
with a nitrogen-vacancy impurity in diamond at room temperature.
Using an ultra-pure diamond sample, we achieve detection
of 3 nT magnetic fields at kilohertz frequencies after 100 s of averaging.
In addition, we demonstrate a sensitivity of 0.5 mTHz1/2 [microtesla.(Hz na potência -1/2)]
for a diamond nanocrystal with a diameter of 30 nm.
Este artigo de J. R. Maze et al. e outros sobre nanomagnetismo encontram-se em: http://www.nature.com/nature/journal/v455/n7213.

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Este é o título de uma nota à imprensa, divulgada pelo Physikalisch-Technische Bundesanstalt. A seguir a tradução.


Novo Recorde de Velocidade para Memórias Magnéticas

Reversão balística de spin possibilita memórias não voláteis ultra-rápidas.

18.8.2008

[PTB] Um experimento realizado no Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) exibiu reversão de spin em um nanomagneto, tão rapidamente quanto permite o limite fundamental. Usando a assim denominada reversão balística, memórias magnéticas não voláteis poderão operar com velocidades similares àquelas das mais velozes memórias não voláteis disponíveis no mercado. O experimento é descrito na próxima edição da Physical Review Letters (22/08/2008).

Chips de memórias rápidas, tais como DRAMs e SRAMs (Memória de Acesso Aleatório Dinâmico e Estático) usados atualmente têm uma desvantagem decisiva: no caso de interrupção da energia eles perdem a informação armazenada. Este problema poderia ser resolvido por intermédio de chips de memórias magnéticas denominadas MRAMs (Memória Magnética de Acesso Aleatório). Na MRAM, a informação digital não é armazenada por intermédio da carga elétrica, mas por meio da orientação da magnetização de uma célula magnética.

A última geração de MRAM usa o denominado efeito de torque de spin para a programação de bits magnéticos. Usando o torque de spin o estado da memória na célula pode ser programado numa forma muito simples pela aplicação de um pulso de corrente. Uma corrente positiva orienta a magnetização em uma direção (estado digital “ 0” ) e uma corrente negativa orienta na direção oposta (estado digital “ 1” ). MRAM com torque de spin é também uma promessa para a obtenção de alta densidade de armazenamento, comparável às memórias DRAM e Flash. Vários fabricantes de chips semicondutores estão desenvolvendo memórias com torque de spin; espera-se que seja em breve sua introdução no mercado.

Um pulso de corrente gerador de um torque no spin excita o movimento rotacional da magnetização da célula de memória – a assim chamada precessão. Normalmente, a magnetização tem que passar por vários ciclos de precessão até que a reversão completa se realize. Assim, os atuais protótipos de MRAM com torque de spin necessitam de aproximadamente 10 nanossegundos para efetuar um processo de gravação, o que compromete a velocidade da MRAM.

No experimento realizado no PTB, em Braunschweig, reversão de magnetização com torque de spin foi obtida com um único ciclo de precessão. Esta denominada reversão “balística” de magnetização com torque de spin corresponde ao limite físico de tempos ultra-curtos. Ela foi obtida por intermédio de um ajuste preciso dos parâmetros do pulso de corrente com um pequeno campo magnético perpendicular à direção da magnetização.

Usando reversão balística com torque de spin futuras MRAM poderão ser programadas com pulsos de corrente menores do que 1 nanossegundo, correspondendo a uma freqüência superior a 1 GHz. Será possível a fabricação de uma memória não volátil, com alta densidade e velocidade comparável às mais altas obtidas com as atuais memórias voláteis.

Publicação original :

Quasi-ballistic spin torque magnetization reversal S. Serrano-Guisan, K. Rott, G. Reiss, J. Langer, B. Ocker, and H. W. Schumacher Physical Review Letters 33 (2008)

Contato:

Dr. Hans Werner Schumacher, PTB Working Group 2.53 Low-dimensional Electron Systems, Telefone: +49531-592-2414, e-mail: hans.w.schumacher@ptb.de

Versão original disponível em http://www.ptb.de/en/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2008/pitext/pi080818.html .

Nota :

Existem dois equívocos na informação da publicação original. O título correto do artigo é Biased Quasiballistic Spin Torque Magnetization Reversal, e o volume da revista não é o 33, é o 101 O endereço do artigo é este Phys. Rev. Lett. 101, 087201 (2008) (CAS).

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