I circadori di NTNU stanu fà luce nantu à i materiali magnetichi à piccula scala creendu filmi cù l'aiutu di raggi X estremamente luminosi.
Erik Folven, codirettore di u gruppu di elettronica di l'ossidu à u Dipartimentu di Sistemi Elettronichi di NTNU, è culleghi di NTNU è di l'Università di Ghent in Belgio anu decisu di vede cumu i micromagneti à film sottile cambianu quandu sò disturbati da un campu magneticu esternu. U travagliu, parzialmente finanziatu da NTNU Nano è u Cunsigliu di Ricerca di Norvegia, hè statu publicatu in a rivista Physical Review Research.
Picculi magneti
Einar Standal Digernes hà inventatu i picculi magneti quadrati utilizati in l'esperimenti.
I picculi magneti quadrati, creati da u candidatu à u dutturatu di NTNU Einar Standal Digernes, sò larghi solu dui micrometri è divisi in quattru duminii triangulari, ognunu cù una orientazione magnetica diversa chì punta in sensu orariu o antiorariu intornu à i magneti.
In certi materiali magnetichi, i gruppi più chjuchi d'atomi si raggruppanu in zone chjamate duminii, in cui tutti l'elettroni anu a listessa orientazione magnetica.
In i magneti NTNU, sti duminii si scontranu in un puntu cintrali - u core di vortice - induve u mumentu magneticu punta direttamente in o fora di u pianu di u materiale.
«Quandu applichemu un campu magneticu, sempre più di sti duminii puntanu in a listessa direzzione», dice Folven. «Puderanu cresce è ponu riduce, è dopu ponu fundesi l'uni in l'altri».
Elettroni guasi à a velocità di a luce
Vede questu accade ùn hè micca faciule. I circadori anu purtatu i so micromagneti à un sincrotrone in forma di ciambella di 80 m di larghezza, cunnisciutu cum'è BESSY II, in Berlinu, induve l'elettroni sò accelerati finu à chì viaghjanu guasi à a velocità di a luce. Quessi elettroni chì si movenu rapidamente emettenu tandu raggi X estremamente brillanti.
«Pigliemu sti raggi X è li usemu cum'è luce in u nostru microscopiu», dice Folven.
Siccomu l'elettroni viaghjanu intornu à u sincrotrone in gruppi separati da dui nanosecondi, i raggi X ch'elli emettenu ghjunghjenu in impulsi precisi.
Un microscopiu à trasmissione à scansione di raggi X, o STXM, piglia questi raggi X per creà una istantanea di a struttura magnetica di u materiale. Cucendu queste istantanee inseme, i circadori ponu essenzialmente creà un filmu chì mostra cumu u micromagnetu cambia cù u tempu.
Cù l'aiutu di u STXM, Folven è i so culleghi anu disturbatu i so micromagneti cù un impulsu di corrente chì hà generatu un campu magneticu, è anu vistu i duminii cambià di forma è u core di vortice spustassi da u centru.
«Avete un magnetu assai chjucu, è dopu u punghjite è pruvate à imaginà lu mentre si stalla di novu», dice. Dopu, anu vistu u core vultà in u centru, ma longu un percorsu sinuosu, micca una linea dritta.
«Bellerà cum'è s'ellu vultassi versu u centru», dice Folven.
Un scivulu è hè finita
Hè perchè studianu materiali epitassiali, chì sò creati sopra un substratu chì permette à i circadori di mudificà e proprietà di u materiale, ma bluccherebbe i raggi X in un STXM.
Travagliendu in NTNU NanoLab, i circadori anu risoltu u prublema di u substratu seppellendu u so micromagnetu sottu à un stratu di carbone per prutege e so proprietà magnetiche.
Dopu, anu scheggiatu cù cura è precisione u sustratu sottu cù un fasciu focalizatu di ioni di galliu finu à chì ùn fermava chè un stratu assai finu. U prucessu scrupulosu puderia piglià ottu ore per campione - è un sbagliu puderia esse un disastru.
«A cosa critica hè chì, sè tumbate u magnetismu, ùn u sapemu micca prima di stà in Berlinu», dice. «U truccu hè, benintesa, di purtà più di un campione».
Da a fisica fundamentale à i dispositivi di u futuru
Per furtuna hà funzionatu, è a squadra hà utilizatu i so campioni preparati cù cura per traccià cumu i duminii di u micromagnetu crescenu è si riducenu cù u tempu. Anu ancu creatu simulazioni per computer per capisce megliu quali forze eranu à u travagliu.
Oltre à fà avanzà a nostra cunniscenza di a fisica fundamentale, capisce cumu funziona u magnetismu à queste scale di lunghezza è di tempu puderia esse utile per creà dispositivi futuri.
U magnetismu hè digià adupratu per l'archiviazione di dati, ma i circadori cercanu attualmente modi per sfruttallu megliu. L'orientazioni magnetiche di u core di vortice è di i duminii di un micromagnetu, per esempiu, puderanu forse esse aduprate per codificà l'infurmazioni in forma di 0 è 1.
I circadori anu avà l'ubbiettivu di ripete stu travagliu cù materiali antiferromagnetichi, induve l'effettu netu di i mumenti magnetichi individuali si annulla. Quessi sò promettenti quandu si tratta di calculu - in teoria, i materiali antiferromagnetichi puderanu esse aduprati per fà dispositivi chì necessitanu poca energia è restanu stabili ancu quandu si perde a putenza - ma sò assai più difficiuli da investigà perchè i signali chì producenu saranu assai più debuli.
Malgradu sta sfida, Folven hè ottimistu. «Avemu cupertu u primu terrenu dimustrendu chì pudemu fà campioni è esaminà li cù raggi X», dice. «U prossimu passu serà di vede s'ellu pudemu fà campioni di qualità sufficientemente alta per ottene un segnale sufficiente da un materiale antiferromagneticu».
Data di publicazione: 10 di maghju 2021