Navorsers van NTNU werp lig op magnetiese materiale op klein skale deur films te skep met behulp van 'n paar uiters helder x-strale.
Erik Folven, mede-direkteur van die Oxide Electronics Group by die NTNU se departement elektroniese stelsels, en kollegas van die NTNU en Gent University in België, is van plan om te sien hoe dunfilm-mikromagnete verander as dit deur 'n buite-magnetiese veld versteur word. Die werk, wat gedeeltelik befonds is deur NTNU Nano en die Navorsingsraad van Noorweë, is in die vaktydskrif Physical Review Research gepubliseer.
Klein magnete
Einar selfstandige Digernes het die klein vierkantige magnete wat in die eksperimente gebruik is, uitgevind.
Die klein vierkantige magnete, geskep deur NTNU Ph.D. Kandidaat Einar Sallenale Digernes, is net twee mikrometer breed en verdeel in vier driehoekige domeine, elk met 'n ander magnetiese oriëntasie wat met die kloksgewys of antikloksgewys rondom die magnete wys.
In sekere magnetiese materiale bande kleiner groepe atome saam in gebiede wat domeine genoem word, waarin al die elektrone dieselfde magnetiese oriëntasie het.
In die NTNU -magnete vergader hierdie domeine op 'n sentrale punt - die draaikolk van die draaikolk - waar die magnetiese oomblik direk in of uit die vlak van die materiaal wys.
"As ons 'n magneetveld toepas, sal meer en meer van hierdie domeine in dieselfde rigting wys," sê Folven. 'Hulle kan groei en hulle kan krimp, en dan kan hulle mekaar saamsmelt.'
Elektrone amper met die snelheid van die lig
Dit is nie maklik om te sien nie. Die navorsers het hul mikromagnete na 'n 80 m-breë donutvormige synchrotron, bekend as Bessy II, in Berlyn geneem, waar elektrone versnel word totdat hulle byna die ligspoed ry. Daardie vinnig bewegende elektrone gee dan uiters helder x-strale uit.
"Ons neem hierdie X-strale en gebruik dit as die lig in ons mikroskoop," sê Folven.
Aangesien elektrone om die synchrotron beweeg in trosse wat deur twee nanosekondes geskei is, kom die x-strale wat hulle uitstraal in presiese pulse.
'N Skandeer-transmissie X-straalmikroskoop, of STXM, neem die X-strale om 'n momentopname van die magnetiese struktuur van die materiaal te skep. Deur hierdie foto's saam te stik, kan die navorsers in wese 'n film skep wat wys hoe die mikromagnet mettertyd verander.
Met die hulp van die STXM het Folven en sy kollegas hul mikromagnete versteur met 'n polsslag wat 'n magneetveld opgewek het, en die domeine van die vorm verander en die draaikolk van die sentrum beweeg.
'Jy het 'n baie klein magneet, en dan steek jy dit op en probeer dit voorstel soos dit weer gaan,' sê hy. Daarna sien hulle die kern na die middel terugkeer - maar langs 'n kronkelende paadjie, nie 'n reguit lyn nie.
"Dit sal 'n soort dans terug na die sentrum," sê Folven.
Een strokie en dit is verby
Dit is omdat hulle epitaksiale materiale bestudeer, wat bo-op 'n substraat geskep word wat navorsers in staat stel om die eienskappe van die materiaal aan te pas, maar die X-strale in 'n STXM sal blokkeer.
Die navorsers het in NTNU nanolab gewerk en die substraatprobleem opgelos deur hul mikromagnet onder 'n laag koolstof te begrawe om die magnetiese eienskappe daarvan te beskerm.
Daarna het hulle die substraat versigtig en presies afgesny met 'n gefokusde balk galliumione totdat daar net 'n baie dun laag oor was. Die noukeurige proses kan agt uur per monster duur - en een glip kan rampspeld.
'Die kritieke ding is dat, as u die magnetisme doodmaak, ons dit nie sal weet voordat ons in Berlyn sit nie,' sê hy. 'Die truuk is natuurlik om meer as een monster saam te bring.'
Van fundamentele fisika tot toekomstige toestelle
Gelukkig het dit gewerk, en die span het hul noukeurig voorbereide monsters gebruik om te bepaal hoe die micromagnet se domeine mettertyd groei en krimp. Hulle het ook rekenaarsimulasies geskep om beter te verstaan wat kragte aan die werk was.
Sowel as om ons kennis van fundamentele fisika te bevorder, te verstaan hoe magnetisme op hierdie lengte en tydskale werk, kan nuttig wees om toekomstige toestelle te skep.
Magnetisme word reeds gebruik vir databerging, maar navorsers is tans op soek na maniere om dit verder te benut. Die magnetiese oriëntasies van die draaikolk en domeine van 'n mikromagnet, byvoorbeeld, kan miskien gebruik word om inligting in die vorm van 0s en 1s te kodeer.
Die navorsers beoog nou om hierdie werk met anti-ferromagnetiese materiale te herhaal, waar die netto effek van die individuele magnetiese momente kanselleer. Dit is belowend as dit kom by rekenaarkunde-in teorie kan anti-ferromagnetiese materiale gebruik word om toestelle te maak wat min energie benodig en stabiel bly, selfs as krag verlore gaan-maar baie moeiliker om te ondersoek omdat die seine wat hulle produseer baie swakker sal wees.
Ondanks die uitdaging is Folven optimisties. 'Ons het die eerste grond bedek deur te wys dat ons monsters kan maak en met X-strale deur hulle kan kyk,' sê hy. 'Die volgende stap is om te sien of ons monsters van voldoende hoë gehalte kan maak om genoeg sein uit 'n anti-ferromagnetiese materiaal te kry.'
Postyd: Mei-10-2021