یک روش جدید برای بررسی کارهای درونی آهنرباهای ریز

محققان NTNU با ایجاد فیلم با کمک برخی از اشعه ایکس بسیار روشن ، در مقیاس های کوچک در مقیاس های مغناطیسی در حال ریختن هستند.

اریک فولون ، مدیر گروه الکترونیک اکسید در گروه سیستم های الکترونیکی NTNU و همکاران دانشگاه NTNU و دانشگاه گنت در بلژیک تصمیم گرفتند که چگونه میکرومغن های فیلم نازک هنگام اختلال در یک میدان مغناطیسی بیرونی تغییر می کنند. این کار که تا حدی توسط NTNU Nano و شورای تحقیقات نروژ تأمین شده است ، در مجله تحقیقات فیزیکی بررسی منتشر شد.

آهنرباهای ریز

Digernes مستقل Einar آهنرباهای مربعی کوچک مورد استفاده در آزمایشات را اختراع کرد.

آهنرباهای کوچک مربع ، ایجاد شده توسط دکتری NTNU. کاندیدای Digernes مستقل Einar ، فقط دو میکرومتر عرض دارند و به چهار حوزه مثلثی تقسیم می شوند که هر کدام دارای جهت گیری مغناطیسی متفاوتی هستند که در جهت عقربه های ساعت یا ضد عقربه های ساعت در اطراف آهنربا نشان می دهند.

در برخی از مواد مغناطیسی ، گروه های کوچکتر از اتم ها در مناطقی به نام دامنه ها قرار می گیرند که در آن تمام الکترونها دارای همان جهت گیری مغناطیسی هستند.

در آهنرباهای NTNU ، این دامنه ها در یک نقطه مرکزی - هسته گرداب - قرار می گیرند ، جایی که لحظه مغناطیسی مستقیماً در داخل یا خارج از صفحه مواد قرار می گیرد.

Folven می گوید: "وقتی ما یک میدان مغناطیسی را اعمال می کنیم ، بیشتر و بیشتر این دامنه ها در همان جهت قرار می گیرند." "آنها می توانند رشد کنند و می توانند کوچک شوند ، و سپس می توانند در یکدیگر ادغام شوند."

الکترون ها تقریباً با سرعت نور

دیدن این اتفاق آسان نیست. محققان میکرومغن های خود را به یک سنکروترون دونات به طول 80 متر ، معروف به Bessy II ، در برلین بردند ، جایی که الکترون ها تا زمان مسافرت تقریباً با سرعت نور شتاب می گیرند. سپس آن الکترون های سریع در حال حرکت ، اشعه ایکس بسیار روشن را منتشر می کنند.

Folven می گوید: "ما این اشعه ایکس را می گیریم و از آنها به عنوان نور در میکروسکوپ خود استفاده می کنیم."

از آنجا که الکترون ها در اطراف سینکروترون در دسته های جدا شده توسط دو نانو ثانیه حرکت می کنند ، اشعه ایکس که منتشر می کنند در پالس های دقیقی قرار می گیرند.

میکروسکوپ اشعه ایکس انتقال دهنده اسکن ، یا STXM ، آن اشعه ایکس را برای ایجاد عکس فوری از ساختار مغناطیسی مواد می گیرد. محققان با دوختن این عکسهای فوری به هم ، می توانند فیلمی را بسازند که نشان می دهد چگونه میکرومگنت با گذشت زمان تغییر می کند.

با کمک STXM ، Folven و همکارانش میکرومگنت های خود را با پالس جریان که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند ، مختل کردند و دیدند که دامنه ها شکل تغییر می کنند و هسته گرداب از مرکز حرکت می کند.

او می گوید: "شما یک آهنربای بسیار کوچک دارید ، و سپس آن را فشار می دهید و سعی می کنید آن را همانطور که دوباره حل می شود ، تصویر کنید." پس از آن ، آنها دیدند که هسته به وسط بازگشت - اما در طول یک مسیر سیم پیچ ، نه یک خط مستقیم.

Folven می گوید: "این به نوعی رقص به مرکز خواهد بود."

یک لغزش و تمام شد

این امر به این دلیل است که آنها مواد اپیتاکسیال را مطالعه می کنند ، که در بالای یک بستر ایجاد می شوند که به محققان امکان می دهد خواص مواد را تغییر دهند ، اما می توانند اشعه ایکس را در یک STXM مسدود کنند.

محققان با کار در NTNU NanoLab ، با دفن میکرومغنت خود در زیر لایه ای از کربن ، مشکل بستر را حل کردند تا از خواص مغناطیسی آن محافظت کنند.

سپس آنها با دقت و دقیقاً بستر زیر آن را با پرتوی متمرکز یون های گالیم جدا کردند تا فقط یک لایه بسیار نازک باقی بماند. روند پر دردسر می تواند هشت ساعت در هر نمونه طول بکشد - و یک لغزش می تواند فاجعه را هجی کند.

او می گوید: "نکته مهم این است که ، اگر مغناطیس را بکشید ، ما نمی دانیم که قبل از اینکه در برلین بنشینیم." "البته این ترفند بیش از یک نمونه است."

از فیزیک اساسی گرفته تا دستگاه های آینده

خوشبختانه این کار کرد ، و تیم از نمونه های با دقت آماده خود استفاده کردند تا چگونگی رشد دامنه های میکرومغنت را با گذشت زمان نشان دهند. آنها همچنین شبیه سازی های رایانه ای را ایجاد کردند تا بهتر درک کنند که چه نیروهایی در محل کار هستند.

و همچنین پیشرفت دانش ما در مورد فیزیک اساسی ، درک چگونگی عملکرد مغناطیس در این مقیاس های طول و زمان می تواند در ایجاد دستگاه های آینده مفید باشد.

مغناطیس در حال حاضر برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ، اما محققان در حال حاضر به دنبال راه هایی برای بهره برداری بیشتر از آن هستند. به عنوان مثال ، از جهت گیری مغناطیسی هسته گرداب و دامنه های یک میکرومغنت می توان برای رمزگذاری اطلاعات به شکل 0 و 1 استفاده کرد.

محققان اکنون قصد دارند این کار را با مواد ضد فرومغناطیسی تکرار کنند ، جایی که تأثیر خالص لحظات مغناطیسی فردی از بین می رود. اینها نویدبخش در هنگام محاسبات هستند-در تئوری ، می توان از مواد ضد فرومغناطیسی برای ساخت دستگاههایی استفاده کرد که نیاز به انرژی کمی دارند و حتی در صورت از بین رفتن قدرت ، پایدار باقی می مانند-اما برای تحقیق بسیار سخت تر است زیرا سیگنال های تولید شده بسیار ضعیف تر خواهند بود.

با وجود این چالش ، Folven خوش بینانه است. او می گوید: "ما با نشان دادن می توانیم نمونه ها را تهیه کنیم و با اشعه ایکس به آنها نگاه کنیم." "مرحله بعدی این است که ببینیم آیا می توانیم نمونه هایی با کیفیت به اندازه کافی بالا بسازیم تا سیگنال کافی از یک ماده ضد فرومغناطیسی بدست آوریم."