Undersikers út NTNU binne ljocht op magnetyske materialen te fergrutsjen by lytse skalen troch te meitsjen troch films te meitsjen mei de help fan wat ekstreem heldere röntgenfearen.
ERIK Folven, mei-register fan 'e oksitykgroepen by de ôfdieling fan' e Electronics fan elektroanyske systemen, en kollega's fan NTNU en Gent-universiteit ynsteld om te sjen hoe't tinne-film mikromagnets feroarje by it fersteuren troch in bûten magnetysk fjild. It wurk, foar in part finansierd troch NTNU Nano en de ûndersyksried fan Noarwegen, waard publisearre yn it tydskrift Physical Research.
Tiny Magnets
Einar Standn-gravennes útfûn de lytse fjouwerkante magneten dy't brûkt wurde brûkt yn 'e eksperiminten.
De lytse fjouwerkante magneten, makke troch NTNU Ph.D. Kandidaat Einar Standn-gravennes, binne gewoan twa mikrometers breed en splitst yn fjouwer trijehoekige domeinen, elk mei in oare magnetyske oriïntaasje dy't de klok of anty-klok om 'e magneten wiist.
Yn bepaalde magnetyske materialen, lytsere groepen fan atomen band tegearre yn gebieten neamd Domains, wêryn alle elektroanen deselde magnetyske oriïntaasje hawwe.
Yn 'e NTNU-magneten treffe dizze domeinen op in sintraal punt - de Vortex Core - wêr't it magnetyske momint punten direkt yn of út it fleantúch fan it materiaal.
"As wy in magnetysk fjild tapasse, sille mear en mear fan dizze domeinen mear wize yn deselde rjochting," seit dat folven. "Se kinne groeie en se kinne krimp, en dan kinne se inoar fusearje."
Elektroanen hast op 'e snelheid fan it ljocht
Sjen fan dit bard is net maklik. De ûndersikers namen har mikromagnets nei in 80m-breed donutfoarmige synchrotron, bekend as BESSY II, yn Berlyn, wêr't elektronen wurde fersneld oant se op 'e nij reizgje. Dy dy snel bewegend elektroanen en emit dan ekstreem heldere röntgenfearen.
"Wy nimme dizze röntgenfoto's en brûk se as it ljocht yn ús mikroskoop," seit dat folgjen.
Om't elektroanen reizgje om 'e Synchrotron yn bondels skieden troch twa nanoseconds, komme de röntgenamt dy't se emitearje se yn presys pulsen.
In skoanmission X-Ray Microskoop, of Stxm, nimt dy X-Rays om in momintopname te meitsjen fan 'e magnetyske struktuer fan' e materiaal. Troch dizze snapshots byinoar te stekken, kinne de ûndersikers yn essinsje in film meitsje dy't sjen litte hoe't de mikromagnet feroaret oer tiid.
Mei de help fan 'e stxm fersteurde folven en syn kollega's har mikromagnets mei in puls fan hjoeddeige dy't in magnetysk fjild generearre, en seagen de domeinen dy't foarm feroarje en de vortex-kearn bewege út it sintrum.
"Jo hawwe in heul lyts magneet, en dan pikje jo it en besykje it te ôfbyldjen, om't it opnij regelt," seit hy. Neitiid seagen se de kearn werom nei it midden - mar lâns in kronkelpaad, net in rjochte line.
'It sil soarte fan dûns nei it sintrum hawwe,' seit folven.
Ien slip en it is foarby
Dat is om't se epitaxiale materialen studearje, dy't boppe op in substraat bestiet dat ûndersikers kinne de eigenskippen fan it materiaal yn in stxm blokkearje.
Wurkje yn NTNU Nanolab oplost de ûndersikers it substradeprobleem troch te begraven troch har mikromagnet te begraven ûnder in laach koalstof om syn magnetyske eigenskippen te beskermjen.
Doe snijden se soarchfâldich en presys de substraat ûnder in rjochte beam fan Gallium-Ionen fuort ôf oant mar in heul tinne laach bleaunen. It pynlikproses koe acht oeren per stekproef nimme - en ien slip up koe ramp staverje.
"It krityske ding is dat, as jo it magnetisme fermoardzje, sille wy net wite dat wy yn Berlyn sitte," seit hy. "De trúk is fansels om mear dan ien stekproef te bringen."
Fan fûnemintele natuerkunde oan takomstige apparaten
Gelikend wurke it, en it team brûkte har soarchfâldich makke foarbylden om te chart hoe't de domeinen fan 'e Micromagnet groeie en oer de tiid krimp. Se makken ek kompjûtersimulaasjes oan om better te begripen hokker krêften oan it wurk wiene.
Lykas it foarútgong fan ús kennis fan fûnemintele natuerkunde, begryp hoe't Magnetisme wurket op dizze lingte en tiidskalven nuttich kinne wêze by it meitsjen fan takomstige apparaten.
Magnetisme wurdt al brûkt foar gegevens opslach, mar ûndersiks sykje op it stuit nei manieren om it fierder te eksploitearjen. De magnetyske oriïntaasjes fan 'e Vortex-kearn en domeinen fan in mikromagnet, koe bygelyks miskien brûkt wurde om ynformaasje te kodearjen yn' e foarm fan 0-en 1S.
De ûndersikers binne no fan doel dit wurk te herheljen mei anty-ferromnetyske materialen, wêr't it netto effekt fan 'e yndividuele magnetyske mominten annulearje. Dit binne tasein as it giet om teoryen - yn teory, anty-ferromnetyske materialen kinne wurde brûkt om te brûken om te ferliezen, sels ferlern,, mar in protte trickieren om te ûndersiikjen, om't de sinjalen dy't se produsearje sille folle swakkere wêze.
Nettsjinsteande dat útdaging, folven is optimistysk. "Wy hawwe de earste grûn bedutsen troch te sjen dat wy samples kinne meitsje en troch de röntgenstriden trochgean," seit hy. "De folgjende stap sil wêze om te sjen oft wy foarbylden kinne meitsje fan genôch hege kwaliteit om genôch sinjaal te krijen fan in anty-ferromnetysk materiaal."
Posttiid: maaie-10-2021