NTNUko ikertzaileek material magnetikoak eskala txikian argitzen ari dira, X izpi oso distiratsu batzuen laguntzarekin filmak sortuz.
Erik Folvenek, NTNUko Sistema Elektronikoen Saileko oxido elektronika taldeko zuzendarikideak, eta NTNUko eta Belgikako Ganteko Unibertsitateko lankideek kanpoko eremu magnetiko batek eragindako asalduraren ondorioz geruza meheko mikroimanak nola aldatzen diren ikustea erabaki zuten. NTNU Nanok eta Norvegiako Ikerketa Kontseiluak partzialki finantzatutako lana Physical Review Research aldizkarian argitaratu zen.
Iman txikiak
Einar Standal Digernesek asmatu zituen esperimentuetan erabilitako iman karratu txikiak.
Einar Standal Digernes NTNUko doktorego-hautagaiak sortutako iman karratu txikiek bi mikrometroko zabalera besterik ez dute eta lau domeinu triangeluarretan banatuta daude, bakoitza orientazio magnetiko desberdinarekin, imanen inguruan erlojuaren orratzen noranzkoan edo kontrako noranzkoan seinalatuz.
Material magnetiko batzuetan, atomo talde txikiagoak domeinu izeneko eremuetan elkartzen dira, eta bertan elektroi guztiek orientazio magnetiko bera dute.
NTNU imanetan, domeinu hauek erdiko puntu batean elkartzen dira —zurrunbilo-nukleoa—, non momentu magnetikoa zuzenean materialaren planoaren barrura edo kanpora seinalatzen duen.
«Eremu magnetiko bat aplikatzen dugunean, domeinu horietako gero eta gehiago norabide berean seinalatuko dira», dio Folvenek. «Hazi eta txikitu egin daitezke, eta gero elkarren artean batu».
Elektroiak ia argiaren abiaduran
Hau gertatzen ikustea ez da erraza. Ikertzaileek mikroimanak Berlinen dagoen BESSY II izeneko 80 metro zabaleko donut itxurako sinkrotron batera eraman zituzten, non elektroiak azeleratzen diren ia argiaren abiaduran bidaiatu arte. Elektroi azkar horiek X izpi oso distiratsuak igortzen dituzte.
«X izpi hauek hartu eta gure mikroskopioko argi gisa erabiltzen ditugu», dio Folvenek.
Elektroiak sinkrotroiaren inguruan bi nanosegundoz bereizitako multzotan bidaiatzen dutenez, igortzen dituzten X izpiak pultsu zehatzetan iristen dira.
Eskaneatze-transmisiozko X izpien mikroskopio batek, edo STXM-k, X izpi horiek hartzen ditu materialaren egitura magnetikoaren argazki bat sortzeko. Argazki hauek elkarrekin lotuz, ikertzaileek funtsean film bat sor dezakete, mikroimanak denboran zehar nola aldatzen den erakusten duena.
STXMren laguntzarekin, Folvenek eta bere lankideek mikroimanak asaldatu zituzten eremu magnetiko bat sortuz korronte-pultsu batekin, eta domeinuen forma aldatzen eta zurrunbilo-nukleoa erdigunetik mugitzen ikusi zuten.
«Iman oso txiki bat duzu, eta gero zulatu eta berriro finkatzen den heinean irudikatzen saiatzen zara», dio. Ondoren, nukleoa erdialdera itzultzen ikusi zuten, baina bide bihurgunetsu batetik, ez lerro zuzen batetik.
«Modu batean erdialdera itzuliko da dantzan», dio Folvenek.
Irristada bat eta amaitu da
Hori gertatzen da material epitaxialak aztertzen dituztelako, substratu baten gainean sortzen direnak, ikertzaileei materialaren propietateak aldatzeko aukera ematen diena, baina STXM batean X izpiak blokeatuko lituzkeenak.
NTNU NanoLab-en lanean, ikertzaileek substratuaren arazoa konpondu zuten mikroimanak karbono geruza baten azpian lurperatuz, bere propietate magnetikoak babesteko.
Ondoren, azpiko substratua arretaz eta zehaztasunez kendu zuten galio ioien izpi fokatu batekin, geruza oso mehe bat baino ez geratu arte. Prozesu neketsuak zortzi ordu iraun zezakeen lagin bakoitzeko, eta akats batek hondamendia ekar zezakeen.
«Gauza garrantzitsuena da magnetismoa hiltzen baduzu, ez dugula hori jakingo Berlinen eseri arte», dio. «Trikimua, noski, lagin bat baino gehiago ekartzea da».
Oinarrizko fisikatik etorkizuneko gailuetaraino
Zorionez funtzionatu zuen, eta taldeak arretaz prestatutako laginak erabili zituen mikroimanaren domeinuak denboran zehar nola hazten eta txikitzen diren kalkuluan jartzeko. Ordenagailu bidezko simulazioak ere sortu zituzten lanean zer indar zeuden hobeto ulertzeko.
Oinarrizko fisikaren ezagutza aurreratzeaz gain, magnetismoak luzera eta denbora-eskala hauetan nola funtzionatzen duen ulertzea lagungarria izan liteke etorkizuneko gailuak sortzeko.
Magnetismoa datuak gordetzeko erabiltzen da dagoeneko, baina ikertzaileak gehiago ustiatzeko moduak bilatzen ari dira. Mikroiman baten zurrunbilo-nukleoaren eta domeinuen orientazio magnetikoak, adibidez, informazioa 0 eta 1 moduan kodetzeko erabil litezke.
Ikertzaileek orain lan hau material antiferromagnetikoekin errepikatzea dute helburu, non momentu magnetiko indibidualen efektu garbia ezeztatzen den. Hauek itxaropentsuak dira informatika arloan —teorian, material antiferromagnetikoak energia gutxi behar duten eta energia galtzen denean ere egonkor mantentzen diren gailuak egiteko erabil litezke—, baina askoz zailagoa da ikertzea, sortzen dituzten seinaleak askoz ahulagoak izango baitira.
Erronka hori gorabehera, Folven baikorra da. «Lehenengo urratsa gainditu dugu laginak egin eta X izpiekin aztertu ditzakegula erakutsiz», dio. «Hurrengo urratsa material antiferromagnetiko batetik seinale nahikoa lortzeko kalitate nahikoa duten laginak egin ditzakegun ikustea izango da».
Argitaratze data: 2021eko maiatzaren 10a