طريقة جديدة للنظر في الأعمال الداخلية للمغناطيس الصغير

يقوم الباحثون من NTNU بإلقاء الضوء على المواد المغناطيسية بمقاييس صغيرة من خلال إنشاء أفلام بمساعدة بعض الأشعة السينية المشرقة للغاية.

انطلق إريك فولفين ، المدير المشارك لمجموعة أكسيد إلكترونيات في قسم الأنظمة الإلكترونية في NTNU ، وزملاؤه من NTNU وجامعة غنت في بلجيكا لمعرفة كيف تتغير المغناطيسات الدقيقة الرقيقة من الأفلام عند إزعاجها من قبل مجال مغناطيسي خارجي. تم نشر العمل ، الذي تموله جزئيًا من قِبل NTNU Nano ومجلس الأبحاث في النرويج ، في مجلة Research Review Research.

مغناطيس صغير

اخترع Digernes المستقل Einar المغناطيسات المربعة الصغيرة المستخدمة في التجارب.

المغناطيسات المربعة الصغيرة ، التي أنشأتها NTNU دكتوراه Digernes einar المستقلة ، لا يوجد سوى اثنين من الميكرومترات وتقسيمها إلى أربعة مجالات ثلاثية ، ولكل منها اتجاه مغناطيسي مختلف يشير إلى اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة حول المغناطيس.

في بعض المواد المغناطيسية ، تتجمع مجموعات أصغر من الذرات معًا في مناطق تسمى المجالات ، حيث يكون لجميع الإلكترونات نفس الاتجاه المغناطيسي.

في مغناطيس NTNU ، تلتقي هذه المجالات في نقطة مركزية - قلب الدوامة - حيث تشير اللحظة المغناطيسية مباشرة داخل أو خارج مستوى المادة.

يقول فولفين: "عندما نطبق مجالًا مغناطيسيًا ، فإن المزيد والمزيد من هذه المجالات ستشير في نفس الاتجاه". "يمكنهم النمو ويمكنهم التقلص ، وبعد ذلك يمكنهم الاندماج في بعضهم البعض."

الإلكترونات تقريبًا بسرعة الضوء

رؤية هذا يحدث ليس بالأمر السهل. أخذ الباحثون المغناطيسات الصغيرة الخاصة بهم إلى متزامنة على شكل 80 مترًا على شكل دونات ، والمعروفة باسم Bessy II ، في برلين ، حيث يتم تسريع الإلكترونات حتى يسافروا بسرعة الضوء تقريبًا. تلك الإلكترونات سريعة الحركة ثم تنبعث منها الأشعة السينية المشرقة للغاية.

يقول فولفين: "نأخذ هذه الأشعة السينية ونستخدمها كضوء في المجهر لدينا".

نظرًا لأن الإلكترونات تنتقل حول synchrotron في عناقيد مفصولة بواسطة اثنين من النانو ثانية ، فإن الأشعة السينية التي تنبعث منها تأتي في نبضات دقيقة.

يأخذ مجهر نقل الأشعة السينية ، أو STXM ، تلك الأشعة السينية لإنشاء لقطة من الهيكل المغناطيسي للمواد. من خلال خياطة هذه اللقطات معًا ، يمكن للباحثين إنشاء فيلم يوضح بشكل أساسي كيف يتغير Micromagnet بمرور الوقت.

بمساعدة STXM ، أزعج Folven وزملاؤه المغناطيسات المغناطيسية الخاصة بهم بنبض من التيار ولدت حقل مغناطيسي ، ورأوا أن المجالات تتغير ويتحرك الأساسية في الدوامة من المركز.

يقول: "لديك مغناطيس صغير جدًا ، ثم تقوم بكزه وتحاول تصويره أثناء استقراره مرة أخرى". بعد ذلك ، رأوا العودة الأساسية إلى الوسط - ولكن على طول مسار متعرج ، وليس خطًا مستقيمًا.

يقول فولفين: "سوف يعود هذا إلى المركز".

انزلاق واحد وانتهى

ذلك لأنهم يدرسون المواد الفوقية ، والتي يتم إنشاؤها فوق الركيزة التي تسمح للباحثين بتعديل خصائص المادة ، ولكنها ستحظر الأشعة السينية في STXM.

من خلال العمل في NTNU nanolab ، حل الباحثون مشكلة الركيزة من خلال دفن المغناطيس الدقيق تحت طبقة من الكربون لحماية خصائصه المغناطيسية.

ثم قاموا بعناية وبشكل بدقة على الركيزة تحتها مع شعاع مركّز من أيونات الغاليوم حتى تبقى طبقة رقيقة جدًا فقط. قد تستغرق العملية المضنية ثماني ساعات لكل عينة - وقد تتلاشى واحدة من الكارثة.

يقول: "الشيء الحاسم هو أنه إذا قتلت المغناطيسية ، فلن نعرف أنه قبل أن نجلس في برلين". "الحيلة ، بالطبع ، لجلب أكثر من عينة واحدة."

من الفيزياء الأساسية إلى الأجهزة المستقبلية

لحسن الحظ ، لقد نجحت ، واستخدم الفريق عيناتهم المعدة بعناية لتخطيط كيفية نمو مجالات Micromagnet وتقلصها بمرور الوقت. قاموا أيضًا بإنشاء عمليات محاكاة كمبيوتر لفهم القوى التي كانت في العمل بشكل أفضل.

بالإضافة إلى تقدم معرفتنا بالفيزياء الأساسية ، فإن فهم كيفية عمل المغناطيسية في هذه المقاييس الطول والزمن يمكن أن يكون مفيدًا في إنشاء أجهزة مستقبلية.

يتم استخدام المغناطيسية بالفعل لتخزين البيانات ، لكن الباحثين يبحثون حاليًا عن طرق لاستغلالها بشكل أكبر. على سبيل المثال ، يمكن استخدام التوجهات المغناطيسية لنواة الدوامة والمجالات للمغناطيسية الميكروماجية ، على سبيل المثال ، لتشفير المعلومات في شكل 0s و 1s.

يهدف الباحثون الآن إلى تكرار هذا العمل بالمواد المضادة للأرواح المغناطيسية ، حيث يلغي التأثير الصافي للحظات المغناطيسية الفردية. هذه واعدة عندما يتعلق الأمر بالحوسبة-من خلال النظرية ، يمكن استخدام مواد مضادة للأرواح المغناطيسية لصنع الأجهزة التي تتطلب القليل من الطاقة وتظل مستقرة حتى عندما تضيع الطاقة-ولكن أكثر صعوبة في التحقيق لأن الإشارات التي تنتجها ستكون أضعف بكثير.

على الرغم من هذا التحدي ، فولفين متفائل. يقول: "لقد قمنا بتغطية الأرض الأولى من خلال إظهار أننا نستطيع صنع عينات والنظر من خلالها بالأشعة السينية". "ستكون الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كان بإمكاننا صنع عينات ذات جودة عالية بما فيه الكفاية للحصول على إشارة كافية من مادة مضادة للأرواح المغناطيسية."