Istraživači iz NTNU-a prolijevaju svjetlo na magnetske materijale na malim vagama stvarajući filmove uz pomoć nekih izuzetno svijetlih rendgenskih zraka.
Erik Folenven, ko-direktor grupe Electronics Electronics na Odjelu NTNU-a i kolegama sa NTNU-a i Univerziteta u Belgiji izlazili su da vide kako se mikromagneti tankog filma mijenjaju kada se uznemiruju vanjski magnetni polje. Rad, djelomično financirao NTNU Nano i istraživačkog vijeća za istraživanje, objavljen je u istraživanju fizičkog pregleda časopisa.
Sitni magneti
Einarski samostalni digerni izmislili su sitni kvadratni magneti koji se koriste u eksperimentima.
The Sidne četvrtaste magnete, kreiranu od strane NTNU-a. Kandidat Einar Samostalni digerni, su samo dva mikrometra i podijeljena u četiri trokutaste domene, svaka s drugačijom magnetnom orijentacijom koja pokazuje u smjeru kazaljke na satu ili u smjeru kazaljke na satu oko magneta.
U određenim magnetskim materijalima, manjim grupama atomijskog benda zajedno u područja koja se nazivaju domene, u kojima svi elektroni imaju istu magnetnu orijentaciju.
U NTNU magnetima, ove domene susreću se na središnjoj tački - vrtložni jezgra - gdje magnetski trenutak točke direktno u ravninu ili izvana.
"Kad primijenimo magnetsko polje, sve više i više tih domena će ukazati u istom smjeru", kaže Folenven. "Oni mogu rasti i mogu se smanjiti, a onda se mogu spojiti jedni u drugu."
Elektroni gotovo brzinom svjetlosti
Vidjeti da se to događa nije lako. Istraživači su svoje mikromagnete odveli u sinhrotron u obliku krofne u obliku krofne, poznatog kao Bessy II, u Berlinu, gdje se ubrzavaju elektroni dok ne putuju gotovo brzinom svjetlosti. Oni brzi elektroni koji se brzo kreću emitiraju izuzetno svijetle rendgenske zrake.
"Shvatamo ove rendgenske zrake i koristimo ih kao svjetlo u našem mikroskopu", kaže Folen.
Budući da elektroni putuju oko sinhrotrona u grozdovima odvojenim od strane dva nanosekunda, rendgenske zrake koje emituju dolaze u preciznim impulsima.
Rendgenski mikroskop za prenošenje skeniranja, ili STXM, uzima te rendgenske zrake za stvaranje snimka magnetne strukture materijala. Šipati ove snimke zajedno, istraživači mogu u suštini stvoriti film koji prikazuje kako se mikromagnet mijenja s vremenom.
Uz pomoć STXM-a, folen i njegovih kolega uznemirili su svoje mikromagnete pulsom struje koji su generirali magnetsko polje i vidjeli oblik promjene domena i vrtlog vrtloga iz središta.
"Imate vrlo mali magnet, a onda ga pokucate i pokušajte da ga slikate kako se ponovo naseli", kaže on. Nakon toga, videli su jezgru povratak na sredinu, ali duž namotavajućeg puta, a ne ravna linija.
"Neka se pleše nazad u centar", kaže Folen.
Jedan klizanje i gotovo je
To je zato što oni studiraju epitakserski materijali, koji su stvoreni na vrhu supstrata koji istraživačima omogućava podešavanje svojstava materijala, ali bi blokirali rendgenske zrake u STXM-u.
Radeći u NTNU Nanolab, istraživači su riješili problem supstrata ukopavajući mikroMagnet pod slojem ugljika kako bi zaštitili magnetna svojstva.
Zatim su pažljivo i precizno usitnjeni supstrat ispod fokusiranog greda galija jona dok ne ostane samo vrlo tanki sloj. Mukranski proces mogao bi trajati osam sati po uzorku - i jedan kliznut je mogao pisati katastrofu.
"Kritična stvar je da, ako ubijete magnetizam, nećemo znati da prije sjedi u Berlinu", kaže on. "Trik je, naravno, donijeti više uzorka."
Od temeljne fizike do budućih uređaja
Srećom je radilo, a tim je koristio svoje pažljivo pripremljene uzorke za grafikonu kako micromagnetovi domene rastu i smanjuju se s vremenom. Takođe su stvorili računarske simulacije kako bi bolje razumili koje su snage bile na poslu.
Kao i napredovanje našeg znanja o temeljnoj fizici, razumijevanje načina na koji magnetizam radi u ovoj dužini i vremenske vage mogu biti korisne u stvaranju budućih uređaja.
Magnetizam se već koristi za pohranu podataka, ali istraživači trenutno traže načine da ga dodatno iskorištavaju. Magnetske orijentacije vrtloškog jezgre i domena mikromagneta, možda bi se možda koristile za kodiranje informacija u obliku 0s i 1s.
Istraživači sada imaju za cilj ponoviti ovaj rad sa anti-feromagnetskim materijalima, gdje neto učinak pojedinih magnetnih trenutaka otkazuje. Oni su obećavajući kada je u pitanju računarsko-teorije, anti-feromagnetski materijali mogu se koristiti za izradu uređaja koji zahtijevaju malo energije i ostaju stabilni čak i kad se napajanje izgubi, ali mnogo zamršenih za istraživanje, jer će signali koje proizvode biti mnogo slabiji.
Uprkos tom izazovu, folven je optimističan. "Prekrili smo prvo tlo pokazujući da možemo napraviti uzorke i gledati kroz njih sa rendgenskim zracima", kaže on. "Sljedeći korak bit će vidjeti da li možemo napraviti uzorke dovoljno visoke kvalitete da bismo dobili dovoljno signala iz anti-feromagnetskog materijala."
Pošta: May-10-2021