NTNU teadlased valgustavad magnetilisi materjale väikeses mahus, luues filme mõne äärmiselt ereda röntgenikiirguse abil.
NTNU elektrooniliste süsteemide osakonna oksiidelektroonika rühma kaasdirektor Erik Folven ja kolleegid NTNU-st ja Belgia Genti ülikoolist püüdsid näha, kuidas õhukese kilega mikromagnetid muutuvad, kui neid häirib väline magnetväli.NTNU Nano ja Norra teadusnõukogu poolt osaliselt rahastatud töö avaldati ajakirjas Physical Review Research.
Pisikesed magnetid
Einar Standal Digernes leiutas katsetes kasutatud tillukesed kandilised magnetid.
Väikesed ruudukujulised magnetid, mille on loonud NTNU Ph.D.kandidaat Einar Standal Digernes, on vaid kahe mikromeetri laiused ja jagatud neljaks kolmnurkseks domeeniks, millest igaühel on erinev magnetiline orientatsioon, mis on suunatud ümber magnetite päri- või vastupäeva.
Teatud magnetilistes materjalides ühenduvad väiksemad aatomirühmad aladeks, mida nimetatakse domeenideks, kus kõigil elektronidel on sama magnetiline orientatsioon.
NTNU magnetites kohtuvad need domeenid keskpunktis - keerise südamikus -, kus magnetmoment osutab otse materjali tasapinnale või sellest välja.
"Kui rakendame magnetvälja, osutab üha rohkem neid domeene samas suunas, " ütleb Folven."Nad võivad kasvada ja kahaneda ja siis võivad nad üksteisega ühineda."
Elektronid peaaegu valguse kiirusel
Selle nägemine ei ole lihtne.Teadlased viisid oma mikromagnetid 80 m laiusele sõõrikukujulisele sünkrotronile, tuntud kui BESSY II, Berliinis, kus elektrone kiirendatakse, kuni nad liiguvad peaaegu valguse kiirusel.Need kiiresti liikuvad elektronid kiirgavad seejärel äärmiselt eredat röntgenikiirgust.
"Me võtame need röntgenikiired ja kasutame neid oma mikroskoobi valgusena, " ütleb Folven.
Kuna elektronid liiguvad ümber sünkrotroni kahe nanosekundiga eraldatud kimpudena, tulevad nende kiiratavad röntgenikiired täpsete impulssidena.
Skaneeriv ülekande röntgenmikroskoop või STXM võtab need röntgenikiired, et luua materjali magnetilise struktuuri hetktõmmis.Neid pilte kokku õmmeldes saavad teadlased sisuliselt luua filmi, mis näitab, kuidas mikromagnet aja jooksul muutub.
STXM-i abil häirisid Folven ja tema kolleegid oma mikromagneteid magnetvälja tekitava vooluimpulsiga ja nägid, et domeenid muutsid kuju ja keerise tuum liikus keskelt.
"Teil on väga väike magnet, siis torkate selle sisse ja proovite seda kujutada, kui see uuesti settib," ütleb ta.Hiljem nägid nad, et tuum pöördus tagasi keskele, kuid mööda käänulist rada, mitte sirget.
"See tantsib justkui tagasi keskusesse," ütleb Folven.
Üks libisemine ja ongi läbi
Selle põhjuseks on asjaolu, et nad uurivad epitaksiaalseid materjale, mis luuakse substraadi peale, mis võimaldab teadlastel materjali omadusi muuta, kuid blokeerib STXM-is röntgenikiirgust.
NTNU NanoLabis töötades lahendasid teadlased substraadiprobleemi, mattes oma mikromagneti süsinikukihi alla, et kaitsta selle magnetilisi omadusi.
Seejärel hakkisid nad hoolikalt ja täpselt all oleva substraadi fokuseeritud galliumioonide kiirega ära, kuni alles jäi vaid väga õhuke kiht.Pidev protsess võib ühe proovi kohta võtta kaheksa tundi ja üks libisemine võib tähendada katastroofi.
"Kriitiline on see, et kui te tapate magnetismi, ei saa me sellest teada enne Berliini istumist," ütleb ta."Nikk on loomulikult tuua rohkem kui üks näidis."
Põhifüüsikast tulevikuseadmeteni
Õnneks see töötas ja meeskond kasutas oma hoolikalt ettevalmistatud proove, et kaardistada, kuidas mikromagneti domeenid aja jooksul kasvavad ja kahanevad.Samuti lõid nad arvutisimulatsioone, et paremini mõista, millised jõud töötavad.
Lisaks põhifüüsika alaste teadmiste edendamisele võib tulevaste seadmete loomisel abiks olla magnetismi toimimise mõistmine nendel pikkustel ja ajavahemikel.
Magnetismi kasutatakse juba andmete salvestamiseks, kuid teadlased otsivad praegu võimalusi selle edasiseks kasutamiseks.Näiteks mikromagneti keerise südamiku ja domeenide magnetilisi orientatsioone saaks võib-olla kasutada teabe kodeerimiseks 0-de ja 1-de kujul.
Teadlaste eesmärk on nüüd korrata seda tööd antiferromagnetiliste materjalidega, kus üksikute magnetmomentide netomõju tühistatakse.Need on andmetöötluse osas paljulubavad – teoreetiliselt saaks antiferromagnetilisi materjale kasutada seadmete valmistamiseks, mis nõuavad vähe energiat ja püsivad stabiilsena ka siis, kui toide kaob –, kuid neid on palju keerulisem uurida, sest nende tekitatavad signaalid on palju nõrgemad. .
Vaatamata sellele väljakutsele on Folven optimistlik."Oleme katnud esimese võimaluse, näidates, et saame teha proove ja vaadata neid röntgenikiirgusega," ütleb ta."Järgmine samm on näha, kas saame teha piisavalt kõrge kvaliteediga proove, et saada antiferromagnetilisest materjalist piisavalt signaali."
Postitusaeg: mai-10-2021