छोटे चुम्बकों की आंतरिक कार्यप्रणाली को देखने का एक नया तरीका

एनटीएनयू के शोधकर्ता कुछ बेहद चमकीले एक्स-रे की मदद से फिल्में बनाकर छोटे पैमाने 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 गेन्ट विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने यह देखने के लिए काम किया कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से परेशान होने पर पतली-फिल्म माइक्रोमैग्नेट कैसे बदलते हैं।एनटीएनयू नैनो और नॉर्वे की रिसर्च काउंसिल द्वारा आंशिक रूप से वित्त पोषित यह कार्य, फिजिकल रिव्यू रिसर्च जर्नल में प्रकाशित हुआ था।

छोटे चुम्बक

एइनर स्टैंडल डिगर्नेस ने प्रयोगों में प्रयुक्त छोटे वर्गाकार चुम्बकों का आविष्कार किया।

एनटीएनयू पीएच.डी. द्वारा निर्मित छोटे वर्गाकार चुम्बक।उम्मीदवार एइनर स्टैंडल डिगर्नेस, केवल दो माइक्रोमीटर चौड़े हैं और चार त्रिकोणीय डोमेन में विभाजित हैं, प्रत्येक एक अलग चुंबकीय अभिविन्यास के साथ चुंबक के चारों ओर दक्षिणावर्त या वामावर्त दिशा में इंगित करता है।

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

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

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

इलेक्ट्रॉन लगभग प्रकाश की गति से

ऐसा होते देखना आसान नहीं है.शोधकर्ता अपने माइक्रोमैग्नेट को 80 मीटर चौड़े डोनट के आकार के सिंक्रोट्रॉन में ले गए, जिसे बर्लिन में BESSY II के नाम से जाना जाता है, जहां इलेक्ट्रॉनों को तब तक त्वरित किया जाता है जब तक कि वे लगभग प्रकाश की गति से यात्रा न कर लें।वे तेज़ गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉन अत्यंत उज्ज्वल एक्स-रे उत्सर्जित करते हैं।

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

क्योंकि इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन के चारों ओर दो नैनोसेकंड से अलग गुच्छों में घूमते हैं, उनके द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे सटीक पल्स में आते हैं।

एक स्कैनिंग ट्रांसमिशन एक्स-रे माइक्रोस्कोप, या एसटीएक्सएम, सामग्री की चुंबकीय संरचना का स्नैपशॉट बनाने के लिए उन एक्स-रे लेता है।इन स्नैपशॉट को एक साथ जोड़कर, शोधकर्ता अनिवार्य रूप से एक फिल्म बना सकते हैं जिसमें दिखाया जाएगा कि समय के साथ माइक्रोमैग्नेट कैसे बदलता है।

एसटीएक्सएम की मदद से, फोल्वेन और उनके सहयोगियों ने अपने माइक्रोमैग्नेट्स को करंट की एक पल्स के साथ परेशान किया जिससे एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न हुआ, और डोमेन ने आकार बदल दिया और केंद्र से भंवर कोर को स्थानांतरित होते देखा।

"आपके पास एक बहुत छोटा चुंबक है, और फिर आप इसे छेदते हैं और जब यह फिर से बैठ जाता है तो इसकी छवि लेने की कोशिश करते हैं," वह कहते हैं।बाद में, उन्होंने कोर को बीच में लौटते देखा - लेकिन एक घुमावदार रास्ते पर, सीधी रेखा में नहीं।

फोल्वेन कहते हैं, ''यह एक तरह से केंद्र की ओर नृत्य करेगा।''

एक चूक और बात ख़त्म

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 बदलने की अनुमति देता है, लेकिन एसटीएक्सएम में एक्स-रे को अवरुद्ध कर देगा।

एनटीएनयू नैनोलैब में काम करते हुए, शोधकर्ताओं ने अपने चुंबकीय गुणों की रक्षा के लिए अपने माइक्रोमैग्नेट को कार्बन की एक परत के नीचे दबाकर सब्सट्रेट समस्या का समाधान किया।

फिर उन्होंने सावधानीपूर्वक और सटीकता से गैलियम आयनों की एक केंद्रित किरण के साथ नीचे के सब्सट्रेट को तब तक काटा जब तक कि केवल एक बहुत पतली परत नहीं रह गई।इस श्रमसाध्य प्रक्रिया में प्रति नमूना आठ घंटे लग सकते हैं - और एक चूक आपदा का कारण बन सकती है।

"महत्वपूर्ण बात यह है कि, यदि आप चुंबकत्व को मार देते हैं, तो बर्लिन में बैठने से पहले हमें इसका पता नहीं चलेगा," वे कहते हैं।"निस्संदेह, तरकीब एक से अधिक नमूने लाने की है।"

मौलिक भौतिकी से लेकर भविष्य के उपकरणों तक

शुक्र है कि यह काम कर गया, और टीम ने अपने सावधानीपूर्वक तैयार किए गए नमूनों का उपयोग यह चार्ट करने के लिए किया कि माइक्रोमैग्नेट के डोमेन समय के साथ कैसे बढ़ते और सिकुड़ते हैं।उन्होंने यह समझने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन भी बनाया कि कौन सी ताकतें काम कर रही थीं।

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

डेटा भंडारण के लिए चुंबकत्व का उपयोग पहले से ही किया जा रहा है, लेकिन शोधकर्ता वर्तमान में इसका और अधिक दोहन करने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं।उदाहरण के लिए, माइक्रोमैग्नेट के भंवर कोर और डोमेन के चुंबकीय अभिविन्यास का उपयोग संभवतः 0s और 1s के रूप में जानकारी को एन्कोड करने के लिए 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 हो जाता है।जब कंप्यूटिंग की बात आती है तो ये आशाजनक हैं - सिद्धांत रूप में, एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों का उपयोग उन उपकरणों को बनाने के लिए किया जा सकता है जिन्हें कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है और बिजली खो जाने पर भी स्थिर रहते हैं - लेकिन जांच करना बहुत मुश्किल है क्योंकि वे जो सिग्नल उत्पन्न करते हैं वे बहुत कमजोर होंगे .

उस चुनौती के बावजूद, फोल्वेन आशावादी है।वे कहते हैं, ''हमने यह दिखाकर पहला आधार तैयार कर लिया है कि हम नमूने बना सकते हैं और उन्हें एक्स-रे से देख सकते हैं।''"अगला कदम यह देखना होगा कि क्या हम एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्री से पर्याप्त संकेत प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च गुणवत्ता के नमूने बना सकते हैं।"