छोटे मैग्नेट के आंतरिक कामकाज को देखने का एक नया तरीका

NTNU के शोधकर्ता कुछ बेहद उज्ज्वल एक्स-रे की मदद से फिल्में बनाकर छोटे पैमानों पर चुंबकीय सामग्री पर प्रकाश डाल रहे हैं।

एनटीएनयू के इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम विभाग में ऑक्साइड इलेक्ट्रॉनिक्स समूह के सह-निदेशक, एरिक फोल्वेन, और बेल्जियम में एनटीएनयू और गेंट विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने यह देखा कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से परेशान होने पर पतली-फिल्म माइक्रोमैग्नेट्स कैसे बदलते हैं। एनटीएनयू नैनो और नॉर्वे की अनुसंधान परिषद द्वारा आंशिक रूप से वित्त पोषित काम, जर्नल फिजिकल रिव्यू रिसर्च में प्रकाशित किया गया था।

टिनी मैग्नेट

ईनार स्टैंडल डिग्नेश ने प्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले छोटे वर्ग मैग्नेट का आविष्कार किया।

NTNU PH.D द्वारा बनाया गया छोटा वर्ग मैग्नेट, उम्मीदवार ईनार स्टैंडल डिग्नेश, केवल दो माइक्रोमीटर चौड़े होते हैं और चार त्रिकोणीय डोमेन में विभाजित होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक अलग चुंबकीय अभिविन्यास होता है जो मैग्नेट के चारों ओर दक्षिणावर्त या एंटी-क्लॉकवाइज की ओर इशारा करता है।

कुछ चुंबकीय सामग्रियों में, परमाणुओं के छोटे समूह एक साथ डोमेन नामक क्षेत्रों में बैंड करते हैं, जिसमें सभी इलेक्ट्रॉनों में समान चुंबकीय अभिविन्यास होता है।

NTNU मैग्नेट में, ये डोमेन एक केंद्रीय बिंदु पर मिलते हैं - भंवर कोर - जहां चुंबकीय क्षण सामग्री के विमान के सीधे या बाहर बिंदुओं को इंगित करता है।

"जब हम एक चुंबकीय क्षेत्र लागू करते हैं, तो इनमें से अधिक से अधिक डोमेन एक ही दिशा में इंगित करेंगे," फोलवेन कहते हैं। "वे बढ़ सकते हैं और वे सिकुड़ सकते हैं, और फिर वे एक दूसरे में विलय कर सकते हैं।"

लगभग प्रकाश की गति से इलेक्ट्रॉन

ऐसा देखना आसान नहीं है। शोधकर्ताओं ने अपने माइक्रोमैग्नेट्स को बर्लिन में बेसी II के रूप में जाने जाने वाले 80 मीटर-चौड़े डोनट के आकार के सिंक्रोट्रॉन में ले लिया, जहां इलेक्ट्रॉनों को तब तक तेज किया जाता है जब तक कि वे लगभग प्रकाश की गति से यात्रा नहीं कर रहे हैं। उन तेजी से चलने वाले इलेक्ट्रॉन तब बेहद उज्ज्वल एक्स-रे का उत्सर्जन करते हैं।

"हम इन एक्स-रे लेते हैं और उन्हें अपने माइक्रोस्कोप में प्रकाश के रूप में उपयोग करते हैं," फोल्वेन कहते हैं।

क्योंकि इलेक्ट्रॉन दो नैनोसेकंड द्वारा अलग किए गए गुच्छों में सिंक्रोट्रॉन के चारों ओर यात्रा करते हैं, एक्स-रे वे उत्सर्जित करते हैं जो सटीक दालों में आते हैं।

एक स्कैनिंग ट्रांसमिशन एक्स-रे माइक्रोस्कोप, या एसटीएक्सएम, सामग्री की चुंबकीय संरचना का एक स्नैपशॉट बनाने के लिए उन एक्स-रे को लेता है। इन स्नैपशॉट्स को एक साथ सिलाई करके, शोधकर्ता अनिवार्य रूप से एक फिल्म बना सकते हैं जो यह दिखाते हैं कि समय के साथ माइक्रोमैग्नेट कैसे बदलता है।

एसटीएक्सएम की मदद से, फोल्वेन और उनके सहयोगियों ने अपने माइक्रोमैग्नेट्स को वर्तमान की एक नब्ज के साथ परेशान किया, जिसने एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किया, और डोमेन को आकार बदलते देखा और केंद्र से भंवर कोर चाल।

"आपके पास एक बहुत छोटा चुंबक है, और फिर आप इसे प्रहार करते हैं और इसे फिर से बसने के लिए छवि बनाने की कोशिश करते हैं," वे कहते हैं। बाद में, उन्होंने कोर को बीच में लौटते देखा - लेकिन एक घुमावदार रास्ते के साथ, एक सीधी रेखा नहीं।

"यह केंद्र में वापस नृत्य करेगा," फोलवेन कहते हैं।

एक पर्ची और यह खत्म हो गया है

ऐसा इसलिए है क्योंकि वे एपिटैक्सियल सामग्रियों का अध्ययन करते हैं, जो एक सब्सट्रेट के शीर्ष पर बनाए जाते हैं जो शोधकर्ताओं को सामग्री के गुणों को मोड़ने की अनुमति देता है, लेकिन एक एसटीएक्सएम में एक्स-रे को अवरुद्ध करेगा।

NTNU नैनोलैब में काम करते हुए, शोधकर्ताओं ने अपने चुंबकीय गुणों की रक्षा के लिए कार्बन की एक परत के नीचे अपने माइक्रोमैग्नेट को दफनाने के द्वारा सब्सट्रेट समस्या को हल किया।

फिर उन्होंने सावधानी से और ठीक से सब्सट्रेट को गैलियम आयनों के एक केंद्रित किरण के साथ नीचे से छीन लिया जब तक कि केवल एक बहुत पतली परत बनी रही। श्रमसाध्य प्रक्रिया में प्रति नमूना आठ घंटे लग सकते हैं - और एक पर्ची आपदा को जादू कर सकती है।

"महत्वपूर्ण बात यह है कि, यदि आप चुंबकत्व को मारते हैं, तो हमें पता नहीं चलेगा कि इससे पहले कि हम बर्लिन में बैठें," वे कहते हैं। "ट्रिक, निश्चित रूप से, एक से अधिक नमूने लाने के लिए है।"

मौलिक भौतिकी से लेकर भविष्य के उपकरणों तक

शुक्र है कि यह काम किया, और टीम ने अपने सावधानीपूर्वक तैयार किए गए नमूनों का उपयोग चार्ट करने के लिए किया कि कैसे माइक्रोमैग्नेट के डोमेन बढ़ते और समय के साथ सिकुड़ जाते हैं। उन्होंने यह भी समझने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन भी बनाया कि क्या बल काम पर थे।

मौलिक भौतिकी के हमारे ज्ञान को आगे बढ़ाने के साथ -साथ यह समझना कि इन लंबाई और समय के पैमाने पर चुंबकत्व कैसे काम करता है, भविष्य के उपकरणों को बनाने में सहायक हो सकता है।

मैग्नेटिज्म का उपयोग पहले से ही डेटा स्टोरेज के लिए किया जाता है, लेकिन शोधकर्ता वर्तमान में इसका फायदा उठाने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, एक माइक्रोमैग्नेट के भंवर कोर और डोमेन के चुंबकीय अभिविन्यास, शायद 0s और 1s के रूप में जानकारी को एनकोड करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

शोधकर्ता अब इस काम को एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों के साथ दोहराने का लक्ष्य बना रहे हैं, जहां व्यक्तिगत चुंबकीय क्षणों का शुद्ध प्रभाव रद्द कर देता है। ये होनहार हो जाते हैं जब यह कंप्यूटिंग की बात आती है-सिद्धांत में, एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्री का उपयोग उन उपकरणों को बनाने के लिए किया जा सकता है जिनके लिए थोड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है और बिजली खो जाने पर भी स्थिर रहती है-लेकिन जांच करने के लिए बहुत मुश्किल है क्योंकि वे जो संकेत पैदा करते हैं, वह बहुत कमजोर होगा।

उस चुनौती के बावजूद, फोल्वेन आशावादी है। वे कहते हैं, "हमने पहली जमीन को कवर किया है, जिसमें हम नमूने बना सकते हैं और एक्स-रे के साथ उनके माध्यम से देख सकते हैं।" "अगला कदम यह देखने के लिए होगा कि क्या हम एक एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्री से पर्याप्त संकेत प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च गुणवत्ता के नमूने बना सकते हैं।"