Undersikers fan NTNU jouwe ljocht op magnetyske materialen op lytse skaal troch films te meitsjen mei help fan guon ekstreem heldere röntgenfoto's.
Erik Folven, mei-direkteur fan 'e okside-elektroanika-groep by NTNU's Department of Electronic Systems, en kollega's fan NTNU en Gent Universiteit yn België setten út om te sjen hoe't tinne-film-mikromagneten feroarje as se wurde fersteurd troch in magnetysk fjild fan bûten.It wurk, foar in part finansierd troch NTNU Nano en de Research Council of Norway, waard publisearre yn it tydskrift Physical Review Research.
Kleine magneten
Einar Standal Digernes útfûn de lytse fjouwerkante magneten dy't brûkt waarden yn 'e eksperiminten.
De lytse fjouwerkante magneten, makke troch NTNU Ph.D.kandidaat Einar Standal Digernes, binne mar twa mikrometer breed en ferdield yn fjouwer trijehoekige domeinen, elk mei in oare magnetyske oriïntaasje dy't mei de klok mei of tsjin de klok om de magneten wiist.
Yn beskate magnetyske materialen binde lytsere groepen atomen gear yn gebieten dy't domeinen neamd wurde, wêryn alle elektroanen deselde magnetyske oriïntaasje hawwe.
Yn 'e NTNU-magneten treffe dizze domeinen op in sintraal punt - de wervelkearn - wêr't it magnetyske momint direkt yn of út it flak fan it materiaal wiist.
"As wy in magnetysk fjild tapasse, sille mear en mear fan dizze domeinen yn deselde rjochting wize," seit Folven."Se kinne groeie en se kinne krimpe, en dan kinne se yn elkoar gearfoegje."
Elektronen hast mei de snelheid fan ljocht
Dit barre te sjen is net maklik.De ûndersikers namen har mikromagneten nei in 80m breed donutfoarmige synchrotron, bekend as BESSY II, yn Berlyn, wêr't elektroanen fersneld wurde oant se mei hast de ljochtsnelheid reizgje.Dy fluch bewegende elektroanen stjoere dan ekstreem heldere röntgenstralen út.
"Wy nimme dizze röntgenfoto's en brûke se as it ljocht yn ús mikroskoop," seit Folven.
Om't elektroanen om it synchrotron hinne reizgje yn bondels skieden troch twa nanosekonden, komme de röntgenstralen dy't se útstjitte yn krekte pulsen.
In röntgenmikroskoop foar skandeferfier, of STXM, nimt dy röntgenfoto's om in momintopname te meitsjen fan 'e magnetyske struktuer fan it materiaal.Troch dizze snapshots tegearre te stitchen, kinne de ûndersikers yn essinsje in film meitsje dy't sjen lit hoe't de mikromagneet oer de tiid feroaret.
Mei help fan 'e STXM fersteurden Folven en syn kollega's har mikromagneten mei in stroompuls dy't in magnetysk fjild generearre, en seagen de domeinen fan foarm feroarje en de draaikolkkearn fan it sintrum bewege.
"Jo hawwe in heul lytse magneet, en dan poke jo it en besykje it byld te meitsjen as it wer delset," seit er.Neitiid seagen se de kearn werom nei it midden - mar lâns in slingerpaad, net in rjochte line.
"It sil sa'n bytsje werom dûnsje nei it sintrum," seit Folven.
Ien slip en it is foarby
Dat komt om't se epitaksiale materialen studearje, dy't wurde makke boppe op in substraat wêrmei ûndersikers de eigenskippen fan it materiaal kinne oanpasse, mar de röntgenstralen yn in STXM blokkearje.
Wurken yn NTNU NanoLab, de ûndersikers oplost it substraat probleem troch begraven harren mikromagnet ûnder in laach fan koalstof te beskermjen syn magnetyske eigenskippen.
Dêrnei ha se it substraat derûnder foarsichtich en sekuer ôfskuord mei in rjochte beam fan galliumionen oant der mar in hiel tinne laach oerbleau.It mjittende proses koe per stekproef acht oeren duorje - en ien slip koe ramp skriuwe.
"It krityske ding is dat, as jo it magnetisme deadzje, wy dat net sille witte foardat wy yn Berlyn sitte," seit hy."De trúk is fansels om mear dan ien stekproef te bringen."
Fan fûnemintele natuerkunde oant takomstige apparaten
Gelokkich wurke it, en it team brûkte har soarchfâldich tariede samples om yn kaart te bringen hoe't de domeinen fan 'e mikromagneet oer de tiid groeie en krimp.Se makken ek kompjûtersimulaasjes om better te begripen hokker krêften oan it wurk wiene.
Neist it ferbetterjen fan ús kennis fan fûnemintele fysika, kin it begripen fan hoe magnetisme wurket op dizze lingte- en tiidskalen nuttich wêze by it meitsjen fan takomstige apparaten.
Magnetisme wurdt al brûkt foar gegevensopslach, mar ûndersikers sykje op it stuit nei manieren om it fierder te eksploitearjen.De magnetyske oriïntaasjes fan 'e draaikolkkearn en domeinen fan in mikromagnet kinne bygelyks miskien brûkt wurde om ynformaasje te kodearjen yn' e foarm fan 0's en 1's.
De ûndersikers binne no fan doel dit wurk te werheljen mei anty-ferromagnetyske materialen, wêrby't it netto-effekt fan 'e yndividuele magnetyske mominten annulearret.Dizze binne kânsryk as it giet om komputer - yn teory kinne anty-ferromagnetyske materialen brûkt wurde om apparaten te meitsjen dy't net folle enerzjy fereaskje en stabyl bliuwe, sels as macht ferlern is - mar in stik dreger om te ûndersykjen, om't de sinjalen dy't se produsearje folle swakker sille wêze .
Nettsjinsteande dy útdaging is Folven optimistysk."Wy hawwe de earste grûn bedutsen troch sjen te litten dat wy samples kinne meitsje en troch har sjen kinne mei röntgenfoto's," seit er."De folgjende stap sil wêze om te sjen oft wy samples fan foldwaande hege kwaliteit kinne meitsje om genôch sinjaal te krijen fan in anty-ferromagnetysk materiaal."
Post tiid: mei-10-2021