NTNU teadlased valgustavad väikeste skaalade magnetilisi materjale, luues filme mõne äärmiselt ereda röntgenikiirguse abil.
Erik Folven, NTNU elektrooniliste süsteemide osakonna oksiidi elektroonika rühma kaasdirektor ning Belgia NTNU ja Genti ülikooli kolleegid otsustasid näha, kui õhukese kile mikromagnetid muutuvad, kui neid häirib välise magnetväli. NTNU Nano ja Norra teadusnõukogu osaliselt rahastatud teos avaldati ajakirjas Physical Review Research.
Pisikesed magnetid
Einar Standal Digines leiutas katsetes kasutatud pisikesed ruudukujulised magnetid.
Pisikesed ruudukujulised magnetid, mille on loonud NTNU Ph.D. Kandidaat EINAR-i eraldiseisvad Digised on vaid kaks mikromeetrit laiad ja jagunevad neljaks kolmnurkseks domeeneks, millest igaühel on erinev magnetiline orientatsioon, mis osutab päripäeva või anti-taiM-i ümber magnetite ümber.
Teatud magnetilistes materjalides riputavad väiksemad aatomite rühmad piirkondadesse, mida nimetatakse domeenideks, milles kõigil elektronidel on sama magnetiline orientatsioon.
NTNU magnetides vastavad need domeenid keskpunktis - keerise südamiku -, kus magnetiline hetk osutab otse materjali tasapinnale või välja.
"Kui me rakendame magnetvälja, osutab üha enam neid domeene samas suunas," ütleb Folven. "Nad saavad kasvada ja kahaneda ning siis saavad nad üksteisega sulanduda."
Elektronid peaaegu valguse kiirusel
Selle juhtumine pole lihtne. Teadlased viisid oma mikromagnetid Berliinis Berliinis 80 m laiuse sõõrikujulise sünkrotroni juurde, kus elektronid kiirendatakse, kuni nad reisivad peaaegu valguse kiirusel. Need kiiresti liikuvad elektronid kiirgavad seejärel äärmiselt säravaid röntgenikiirte.
"Me võtame need röntgenikiirguse ja kasutame neid meie mikroskoobi valgusena," ütleb Folven.
Kuna elektronid liiguvad sünkrotroni ümber kahe nanosekundiga eraldatud kobaratena, on nende kiirgavate röntgenikiirte täpsed impulsid.
Skaneeriva ülekande röntgenikiirguse mikroskoop ehk STXM võtab need röntgenikiirgused, et luua ülevaade materjali magnetilisest struktuurist. Nende hetktõmmiste õmblemisega saavad teadlased sisuliselt luua filmi, mis näitab, kuidas mikromagnet aja jooksul muutub.
STXMi abiga häirisid Folven ja tema kolleegid oma mikromagnete voolu pulsiga, mis genereeris magnetvälja, ja nägi, et domeenid muutuvad kuju ja keerise südamik liigub keskelt.
"Teil on väga väike magnet ja siis tormate seda ja proovite seda uuesti settides kujutada," ütleb ta. Pärast nägid nad, et südamik naasis keskele, kuid mööda mähist, mitte sirget.
"See tantsib omamoodi tagasi keskusesse," ütleb Folven.
Üks libisemine ja see on läbi
Selle põhjuseks on asjaolu, et nad uurivad epitaksiaalseid materjale, mis on loodud substraadi peal, mis võimaldab teadlastel materjali omadusi näpistada, kuid blokeeriksid röntgenikiirte STXM-is.
Töötades NTNU Nanolabis, lahendasid teadlased substraadi probleemi, mattes oma mikromagneti süsinikukihi alla, et kaitsta selle magnetilisi omadusi.
Siis lõid nad hoolikalt ja täpselt substraadi fookustatud galliumiioonide talaga, kuni oli jäänud ainult väga õhuke kiht. Vihane protsess võib võtta kaheksa tundi proovi kohta ja üks libisemine võib katastroofi kirjutada.
"Kriitiline on see, et kui tapate magnetismi, ei tea me seda enne, kui istume Berliinis," ütleb ta. "Trikk on muidugi rohkem kui üks proov tuua."
Alates fundamentaalsest füüsikast kuni tulevaste seadmeteni
Õnneks see töötas ja meeskond kasutas nende hoolikalt ettevalmistatud proove, et kaardistada, kuidas mikromagneti domeenid aja jooksul kasvavad ja kahanevad. Samuti lõid nad arvutisimulatsioone, et paremini mõista, millised jõud tööl olid.
Lisaks meie teadmiste edendamisele põhifüüsikast võiks tulevaste seadmete loomisel olla abiks ka magnetilisuse toimimise mõistmine.
Magnetismi kasutatakse juba andmete salvestamiseks, kuid teadlased otsivad praegu võimalusi selle edasiseks ärakasutamiseks. Näiteks mikromagneti keerise südamiku ja domeenide magnetilisi orientatsioone saaks kasutada ehk teabe kodeerimiseks 0S ja 1 kujul.
Teadlaste eesmärk on nüüd seda tööd korrata anti-ferromagnetiliste materjalidega, kus üksikute magnetmomentide netomõju tühistab. Need on arvutite osas paljulubavad-teoorias võiks kasutada anti-ferromagnetilisi materjale seadmete jaoks, mis vajavad vähe energiat ja püsivad stabiilsed ka siis, kui energia kaob, kuid palju keerulisem uurida, kuna nende toodetud signaalid on palju nõrgemad.
Vaatamata sellele väljakutsele on Folven optimistlik. "Oleme katnud esimese maapinna, näidates, et saame proove teha ja neid röntgenikiirgusega läbi vaadata," ütleb ta. "Järgmine samm on näha, kas saame teha piisavalt kvaliteetseid proove, et saada anti-ferromagnetilisest materjalist piisavalt signaali."
Postiaeg: 10.-10.-20121