Esploristoj de NTNU lumigas lumon sur magnetaj materialoj ĉe malgrandaj skaloj kreante filmojn helpe de iuj ekstreme brilaj radiografioj.
Erik Folven, kun-direktoro de la Oksida Elektronika Grupo ĉe la Sekcio de Elektronikaj Sistemoj de NTNU, kaj kolegoj de NTNU kaj Ghent University en Belgio komencis vidi kiel maldikaj filmaj mikromagnetoj ŝanĝiĝas kiam ĝenitaj de ekstera magneta kampo. La laboro, parte financita de NTNU Nano kaj la Esplora Konsilio de Norvegio, estis publikigita en la revuo Fizika Revizio -Esploro.
Etaj magnetoj
Einar Standal Digernes inventis la etajn kvadratajn magnetojn uzitajn en la eksperimentoj.
La etaj kvadrataj magnetoj, kreitaj de Ntnu Ph.D. Kandidato Einar Standal Digernes, estas nur du mikrometroj larĝaj kaj dividitaj en kvar triangulajn domajnojn, ĉiu kun malsama magneta orientiĝo montranta horloĝon aŭ kontraŭhorloĝe ĉirkaŭ la magnetoj.
En iuj magnetaj materialoj, pli malgrandaj grupoj de atomoj bandas kune en areojn nomitajn domajnoj, en kiuj ĉiuj elektronoj havas la saman magnetan orientiĝon.
En la ntnu -magnetoj, ĉi tiuj domajnoj renkontiĝas en centra punkto - la vorta kerno - kie la magneta momento notas rekte en aŭ ekster la ebeno de la materialo.
"Kiam ni aplikas magnetan kampon, pli kaj pli multaj el ĉi tiuj domajnoj notos en la sama direkto," diras Folven. "Ili povas kreski kaj ili povas ŝrumpi, kaj tiam ili povas kunfandiĝi unu kun la alia."
Elektronoj preskaŭ ĉe la rapideco de lumo
Vidi ĉi tion okazi ne facilas. La esploristoj prenis siajn mikromagnetojn al 80m-larĝa donut-forma sinkrotrono, konata kiel Bessy II, en Berlino, kie elektronoj akceliĝas ĝis ili vojaĝas preskaŭ la rapidecon de lumo. Tiuj rapidmovaj elektronoj tiam elsendas ekstreme brilajn radiografiojn.
"Ni prenas ĉi tiujn radiografiojn kaj uzas ilin kiel la lumon en nia mikroskopo," diras Folven.
Ĉar elektronoj vojaĝas ĉirkaŭ la sinkrotrono en faskoj apartigitaj per du nanosekundoj, la X-radioj, kiujn ili elsendas, venas en precizaj pulsoj.
Skananta transdono X-radia mikroskopo, aŭ STXM, prenas tiujn X-radiojn por krei bildon de la magneta strukturo de la materialo. Kunmetante ĉi tiujn kaptukojn kune, la esploristoj povas esence krei filmon montrante kiel la mikromagneto ŝanĝiĝas kun la tempo.
Kun la helpo de la STXM, Folven kaj liaj kolegoj ĝenis siajn mikromagnetojn per pulso de kurento, kiu generis magnetan kampon, kaj vidis la domajnojn ŝanĝi formon kaj la vorta kerno moviĝas de la centro.
"Vi havas tre malgrandan magneton, kaj tiam vi pikas ĝin kaj provas bildigi ĝin, kiam ĝi denove ekloĝas," li diras. Poste ili vidis la kernon reveni al la mezo - sed laŭ sinua vojo, ne rekta linio.
"Ĝi bonvolos danci reen al la centro," diras Folven.
Unu glito kaj ĝi finiĝis
Tio estas ĉar ili studas epitaksajn materialojn, kiuj estas kreitaj supre de substrato, kiu permesas al esploristoj agordi la propraĵojn de la materialo, sed blokus la X-radiojn en STXM.
Laborante en Ntnu Nanolab, la esploristoj solvis la substratan problemon enterigante sian mikromagneton sub tavolo de karbono por protekti siajn magnetajn proprietojn.
Tiam ili zorge kaj precize forĵetis la substraton sube kun fokusa trabo de galio -jonoj ĝis nur tre maldika tavolo restis. La peniga procezo povus daŭri ok horojn per specimeno - kaj unu glitado povus literumi katastrofon.
"La maltrankviliga afero estas, ke se vi mortigas la magnetismon, ni ne scios tion antaŭ ol ni sidos en Berlino," li diras. "Kompreneble la lertaĵo estas alporti pli ol unu specimenon."
De fundamenta fiziko ĝis estontaj aparatoj
Feliĉe ĝi funkciis, kaj la teamo uzis siajn zorge preparitajn specimenojn por bildigi kiel la domajnoj de la mikromagneto kreskas kaj malpliiĝas kun la tempo. Ili ankaŭ kreis komputilajn simuladojn por pli bone kompreni, kiaj fortoj funkciis.
Krom antaŭenigi nian scion pri fundamenta fiziko, kompreni kiel magnetismo funkcias ĉe ĉi tiuj longaj kaj tempaj skaloj povus esti helpema por krei estontajn aparatojn.
Magnetismo jam estas uzata por stokado de datumoj, sed esploristoj nuntempe serĉas manierojn ekspluati ĝin plu. La magnetaj orientiĝoj de la vorteca kerno kaj domajnoj de mikromagneto, ekzemple, eble povus esti uzataj por kodi informojn en la formo de 0s kaj 1s.
La esploristoj nun celas ripeti ĉi tiun laboron per kontraŭ-ferromagnetaj materialoj, kie la neta efiko de la unuopaj magnetaj momentoj nuligas. Ĉi tiuj promesas kiam temas pri komputado-en teorio, kontraŭ-ferromagnetaj materialoj povus esti uzataj por fari aparatojn, kiuj postulas malmultan energion kaj restu stabilaj eĉ kiam potenco perdiĝos-sed multe pli malfacila por esplori, ĉar la signaloj, kiujn ili produktas, estos multe pli malfortaj.
Malgraŭ tiu defio, Folven estas optimisma. "Ni kovris la unuan teron montrante, ke ni povas fari specimenojn kaj trarigardi ilin per radiografioj," li diras. "La sekva paŝo estos vidi, ĉu ni povas fari specimenojn de sufiĉe alta kvalito por akiri sufiĉe da signalo el kontraŭ-ferromagneta materialo."
Afiŝotempo: majo-10-2021