Esploristoj de NTNU lumigas magnetajn materialojn malgrandskale kreante filmojn helpe de kelkaj ekstreme brilaj Rentgenradioj.
Erik Folven, kundirektoro de la oksidelektronika grupo ĉe la Sekcio de Elektronikaj Sistemoj de NTNU, kaj kolegoj de NTNU kaj Gent University en Belgio komencis vidi kiel maldikfilmaj mikromagnetoj ŝanĝiĝas kiam ĝenataj de ekstera magneta kampo.La laboro, parte financita de NTNU Nano kaj la Esplorkonsilio de Norvegio, estis publikigita en la revuo Physical Review Research.
Malgrandaj 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 mikrometrojn larĝaj kaj dividitaj en kvar triangulajn domajnojn, ĉiu kun malsama magneta orientiĝo indikanta dekstrume aŭ maldekstrume ĉirkaŭ la magnetoj.
En certaj magnetaj materialoj, pli malgrandaj grupoj de atomoj kuniĝas en areoj nomitaj domajnoj, en kiuj ĉiuj elektronoj havas la saman magnetan orientiĝon.
En la NTNU-magnetoj, tiuj domajnoj renkontas ĉe centra punkto - la vortickerno - kie la magneta momento indikas rekte en aŭ eksteren de la aviadilo de la materialo.
"Kiam ni aplikas magnetan kampon, pli kaj pli da ĉi tiuj domajnoj montros en la sama direkto," diras Folven."Ili povas kreski kaj ili povas ŝrumpi, kaj tiam ili povas kunfandiĝi unu en la alian."
Elektronoj preskaŭ je la lumrapideco
Vidi ĉi tion okazi ne estas facila.La esploristoj portis siajn mikromagnetojn al 80m-larĝa donutforma sinkrotrono, konata kiel BESSY II, en Berlino, kie elektronoj akcelas ĝis ili vojaĝas preskaŭ kun la lumrapideco.Tiuj rapide moviĝantaj elektronoj tiam elsendas ekstreme brilajn Rentgenradiojn.
"Ni prenas ĉi tiujn rentgenradiojn kaj uzas ilin kiel lumon en nia mikroskopo," diras Folven.
Ĉar elektronoj vojaĝas ĉirkaŭ la sinkrotrono en faskoj apartigitaj per du nanosekundoj, la Rentgenradioj kiujn ili elsendas venas en precizaj pulsoj.
Skana dissenda Rentgenfota mikroskopo, aŭ STXM, prenas tiujn Rentgenradiojn por krei momentfoton de la magneta strukturo de la materialo.Kunigante ĉi tiujn momentfotojn, la esploristoj povas esence krei filmon montrantan kiel la mikromagneto ŝanĝiĝas laŭlonge de la tempo.
Kun la helpo de la STXM, Folven kaj liaj kolegoj ĝenis siajn mikromagnetojn kun pulso de kurento kiu generis magnetan kampon, kaj vidis la domajnojn ŝanĝi formon kaj la vortica kerno moviĝi de la centro.
"Vi havas tre malgrandan magneton, kaj tiam vi pikas ĝin kaj provas bildigi ĝin kiel ĝi instaliĝas denove," li diras.Poste, ili vidis la kernon reveni al la mezo—sed laŭ serpentuma vojo, ne rekta linio.
"Ĝi iom dancos reen al la centro," diras Folven.
Unu slipo kaj ĝi estas finita
Tio estas ĉar ili studas epitaksiajn materialojn, kiuj estas kreitaj sur substrato, kiu permesas al esploristoj ĝustigi la ecojn de la materialo, sed blokus la Rentgenradiojn en STXM.
Laborante en NTNU NanoLab, la esploristoj solvis la substratan problemon enterigante sian mikromagneton sub tavolo de karbono por protekti ĝiajn magnetajn ecojn.
Poste ili zorge kaj precize distranĉis la suban substraton per fokusita fasko de galiumjonoj ĝis restis nur tre maldika tavolo.La peniga procezo povus daŭri ok horojn por specimeno—kaj unu elŝovo povus literumi katastrofon.
"La maltrankviliga afero estas ke, se vi mortigos la magnetismon, ni ne scios tion antaŭ ol ni sidos en Berlino," li diras."La lertaĵo estas, kompreneble, alporti pli ol unu specimenon."
De fundamenta fiziko ĝis estontaj aparatoj
Feliĉe ĝi funkciis, kaj la teamo uzis siajn zorge preparitajn specimenojn por montri kiel la domajnoj de la mikromagneto kreskas kaj ŝrumpas kun la tempo.Ili ankaŭ kreis komputilajn simuladojn por pli bone kompreni, kiaj fortoj funkciis.
Same kiel antaŭenigi nian scion pri fundamenta fiziko, kompreni kiel magnetismo funkcias ĉe ĉi tiuj longaj kaj temposkaloj povus esti helpema por krei estontajn aparatojn.
Magnetismo jam estas uzata por konservado de datumoj, sed esploristoj nuntempe serĉas manierojn por ekspluati ĝin plu.La magnetaj orientiĝoj de la vortickerno kaj domajnoj de mikromagneto, ekzemple, povus eble esti uzitaj por ĉifri informojn en la formo de 0s kaj 1s.
La esploristoj nun celas ripeti ĉi tiun laboron per kontraŭ-feromagnetaj materialoj, kie la neta efiko de la individuaj magnetaj momentoj nuliĝas.Ĉi tiuj estas promesplenaj kiam temas pri komputado—teorie, kontraŭ-feromagnetaj materialoj povus esti uzataj por fari aparatojn, kiuj postulas malmulte da energio kaj restas stabilaj eĉ kiam potenco perdiĝas—sed multe pli malfacilaj 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 X-radioj," li diras."La sekva paŝo estos vidi ĉu ni povas fari specimenojn de sufiĉe alta kvalito por ricevi sufiĉe da signalo de kontraŭ-feromagneta materialo."
Afiŝtempo: majo-10-2021