Даследчыкі з NTNU праліваюць святло на магнітныя матэрыялы на невялікіх маштабах, ствараючы фільмы пры дапамозе нейкіх надзвычай яркіх рэнтгенаўскіх прамянёў.
Эрык Фолвен, судырэктар групы Oxide Electronics на аддзеле электронных сістэм NTNU, і калегі з NTNU і Ghent University ў Бельгіі накіраваліся, каб даведацца, як мяняюцца тонкай плёнкай мікрамагнеты, калі турбуюцца знешнім магнітным полем. Праца, якая часткова фінансуецца NTNU Nano і навукова -даследчым саветам Нарвегіі, была апублікаваная ў часопісе Physical Review Research.
Малюсенькія магніты
Стандартныя лідэры Einar вынайшалі малюсенькія квадратныя магніты, якія выкарыстоўваюцца ў эксперыментах.
Малюсенькія квадратныя магніты, створаныя кандыдатам NTNU. Кандыдат эйнарскіх аўтаномных лігкоў, шырынёй усяго два мікраметры і падзяляецца на чатыры трохкутныя дамены, у кожнай з якіх ёсць розная магнітная арыентацыя, якая паказвае па гадзіннікавай стрэлцы або супраць гадзіннікавай стрэлкі вакол магнітаў.
У некаторых магнітных матэрыялах меншыя групы атамаў аб'ядноўваюцца ў зоны, якія называюцца даменамі, у якіх усе электроны маюць аднолькавую магнітную арыентацыю.
У магнітах NTNU гэтыя дамены сустракаюцца ў цэнтральнай кропцы - ядро віхуры - дзе магнітны момант паказвае непасрэдна ў плоскасці матэрыялу.
"Калі мы ўжываем магнітнае поле, усё больш гэтых даменаў будзе паказваць у тым жа кірунку", - кажа Фолвен. "Яны могуць расці, і яны могуць сціскацца, і тады яны могуць злівацца адзін у аднаго".
Электроны амаль на хуткасці святла
Бачачы, што гэта адбываецца, няпроста. Даследчыкі прывялі свае мікрамагніты да сінхротрона ў форме пончыка ў 80 м, вядомай як Бесі II, у Берліне, дзе электроны паскараюцца, пакуль яны не едуць практычна з хуткасцю святла. Такія хутка рухаюцца электроны выпраменьваюць надзвычай яркія рэнтгенаўскія прамяні.
"Мы прымаем гэтыя рэнтгенаўскія прамяні і выкарыстоўваем іх у якасці святла ў нашым мікраскопе",-кажа Фолвен.
Паколькі электроны падарожнічаюць па сінхротроне ў пучах, падзеленых двума нанасекундамі, рэнтгенаўскія прамяні, якія яны вылучаюць, бываюць дакладныя імпульсы.
Рэнтгенаўскі мікраскоп сканавання перадачы, альбо STXM, прымае гэтыя рэнтгенаўскія прамяні, каб стварыць здымак магнітнай структуры матэрыялу. Шкадаючы гэтыя здымкі разам, даследчыкі могуць па сутнасці стварыць фільм, які паказвае, як Micromagnet мяняецца з цягам часу.
З дапамогай STXM Фолвен і яго калегі парушалі іх мікрамагніты пульсам току, які стварыў магнітнае поле, і ўбачылі, што дамены мяняюць форму, а ядро віхуры рухаецца ад цэнтра.
"У вас ёсць вельмі маленькі магніт, а потым вы выкідваеце яго і спрабуеце выявіць яго, калі ён зноў пасяліцца", - кажа ён. Пасля яны ўбачылі, як ядро вяртаецца да сярэдзіны - але па пакручастым шляху, а не прамой.
"Гэта будзе накшталт танцаваць назад у цэнтр", - кажа Фолвен.
Адзін слізгаценне, і ўсё скончылася
Усё таму, што яны вывучаюць эпітаксіяльныя матэрыялы, якія ствараюцца на верхняй частцы субстрата, які дазваляе даследчыкам наладжваць уласцівасці матэрыялу, але заблакуе рэнтгенаўскія прамяні ў STXM.
Працуючы ў NTNU Nanolab, даследчыкі вырашылі праблему субстрата, пахаваўшы мікрамагт пад пластом вугляроду, каб абараніць яго магнітныя ўласцівасці.
Затым яны асцярожна і дакладна адсякалі падкладку пад ім мэтанакіраваным прамянём іёнаў галію, пакуль не застанецца вельмі тонкі пласт. Кароткі працэс можа заняць восем гадзін на ўзор - і адзін слізгаценне можа напісаць катастрофу.
"Крытычная рэч заключаецца ў тым, што, калі вы заб'еце магнетызм, мы не даведаемся пра гэта, перш чым сядзець у Берліне", - кажа ён. "Хітрасць заключаецца ў тым, каб прынесці больш за адзін узор".
Ад фундаментальнай фізікі да будучых прылад
На шчасце, гэта спрацавала, і каманда выкарыстала свае старанна падрыхтаваныя ўзоры, каб вызначыць, як дамены Micromagnet растуць і скарачаюцца з цягам часу. Яны таксама стварылі камп'ютэрнае мадэляванне, каб лепш зразумець, якія сілы працуюць.
Акрамя прасоўвання нашых ведаў аб фундаментальнай фізіцы, разуменне таго, як магнетызм працуе на гэтых даўжынях і маштабах часу можа быць карысным для стварэння будучых прылад.
Магнетызм ужо выкарыстоўваецца для захоўвання дадзеных, але ў цяперашні час даследчыкі шукаюць спосабы далейшага выкарыстання. Напрыклад, магнітныя арыентацыі ядра віхуры і даменаў Micromagnet могуць быць выкарыстаны для кадавання інфармацыі ў выглядзе 0 і 1s.
Зараз даследчыкі імкнуцца паўтарыць гэтую працу з анты-фееррамагнітнымі матэрыяламі, дзе чысты эфект асобных магнітных момантаў адмяняе. Яны з'яўляюцца перспектыўнымі, калі гаворка ідзе пра вылічэнні-у тэорыі, анты-фееррамагнітныя матэрыялы могуць быць выкарыстаны для вырабу прылад, якія патрабуюць мала энергіі і застаюцца стабільнымі, нават калі страчаная ўлада, але значна складаней даследаваць, бо сігналы, якія яны ствараюць, будуць значна слабейшымі.
Нягледзячы на гэтую праблему, Фолвен аптымістычны. "Мы пакрылі першую зямлю, паказваючы, што мы можам зрабіць узоры і прагледзець іх рэнтгенаўскімі прамянямі",-кажа ён. "Наступным крокам будзе даведацца, ці зможам мы зрабіць узоры досыць якаснай, каб атрымаць дастатковую колькасць сігналу з анты-фееррамагнітнага матэрыялу".
Час паведамлення: мая 10-2021