Istraživači iz NTNU osvjetljavaju magnetske materijale na malim mjerilima stvarajući filmove uz pomoć nekih izuzetno svijetlih rendgenskih zraka.
Erik Folven, ko-direktor Oksidske elektroničke grupe na Odjelu za elektroničke sustave NTNU-a i kolege sa NTNU i Sveučilišta Ghent u Belgiji, namjeravali su vidjeti kako se mikromagneti tankih filma mijenjaju kada ih uznemiruje vanjsko magnetsko polje. Rad, djelomično financiran od strane NTNU Nano i istraživačkog vijeća Norveške, objavljen je u časopisu Physical Review Research.
Sitni magneti
Einar Standarl Digernes izumio je sitne kvadratne magnete koji se koriste u eksperimentima.
Sitni kvadratni magneti, stvoreni od strane NTNU dr. Sc. Kandidat Einar Standard Digernes, samo su dva mikrometra i podijeljeni u četiri trokutaste domene, svaka s različitom magnetskom orijentacijom koja usmjerava u smjeru kazaljke na satu ili u smjeru u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
U određenim magnetskim materijalima, manje skupine atoma spajaju se u područja koja se nazivaju domene, u kojima svi elektroni imaju istu magnetsku orijentaciju.
U NTNU magnetima ove se domene susreću u središnjoj točki - jezgri vrtloga - gdje magnetski trenutak upućuje izravno u ili izvan ravnine materijala.
"Kad primijenimo magnetsko polje, sve više i više ovih domena uputit će se u istom smjeru", kaže Folven. "Mogu rasti i mogu se smanjiti, a zatim se mogu spojiti jedni u druge."
Elektroni gotovo brzinom svjetlosti
Vidjeti da se to događa nije lako. Istraživači su svoje mikromagnete odveli u sinkrotron u obliku krafne širom 80 m, poznat kao Bessy II, u Berlinu, gdje se elektroni ubrzavaju dok ne putuju gotovo brzinom svjetlosti. Ti brzo kretanje elektrona tada emitiraju izuzetno svijetle rendgenske zrake.
"Uzimamo ove rendgenske zrake i koristimo ih kao svjetlost u našem mikroskopu", kaže Folven.
Budući da elektroni putuju oko sinhrotrona u grozdovima razdvojenim s dvije nanosekunde, rendgenski zraci koje emitiraju dolaze u preciznim impulsima.
Rendgenski mikroskop skenirajući prijenos ili STXM uzima te rendgenske zrake kako bi stvorio snimku magnetske strukture materijala. Skidajući ove snimke zajedno, istraživači mogu u osnovi stvoriti film koji pokazuje kako se Micromagnet s vremenom mijenja.
Uz pomoć STXM -a, Folven i njegovi kolege ometali su njihove mikromagnete pulsom struje koji je stvorio magnetsko polje i vidio kako se domene mijenjaju oblik, a jezgra vrtloga kreće iz središta.
"Imate vrlo mali magnet, a zatim ga pokucate i pokušavate ga slikati dok se ponovno smiri", kaže on. Poslije su vidjeli kako se jezgra vraća u sredinu - ali duž staze za vijuganje, a ne ravnu liniju.
"Nekako će se plesati u centar", kaže Folven.
Jedan klizanje i gotovo je
To je zato što proučavaju epitaksijalne materijale, koji su stvoreni na vrhu supstrata koji omogućavaju istraživačima da ugađaju svojstva materijala, ali bi blokirali rendgenske zrake u STXM.
Radeći u NTNU NanoLab, istraživači su riješili problem supstrata, zakopavši svoj mikromagnet pod slojem ugljika kako bi zaštitili svoja magnetska svojstva.
Zatim su pažljivo i precizno otkinuli supstrat ispod sebe s fokusiranim snopom galijskih iona dok nije ostao samo vrlo tanki sloj. Proces mukotrpnog mogao bi potrajati osam sati po uzorku - a jedno klizanje moglo bi se napisati katastrofa.
"Kritična stvar je da, ako ubijete magnetizam, to nećemo znati prije nego što sjednemo u Berlin", kaže on. "Trik je, naravno, donijeti više od jednog uzorka."
Od temeljne fizike do budućih uređaja
Srećom to je uspjelo, a tim je upotrijebio svoje pažljivo pripremljene uzorke kako bi zacrtao kako Micromagnetove domene s vremenom rastu i smanjuju. Također su stvorili računalne simulacije kako bi bolje razumjeli koje su snage na djelu.
Kao i unapređenje našeg znanja o temeljnoj fizici, razumijevanje kako magnetizam funkcionira u ovoj dužini i vremenskom skali moglo bi biti korisno u stvaranju budućih uređaja.
Magnetizam se već koristi za pohranu podataka, ali istraživači trenutno traže načine kako ga dalje iskoristiti. Na primjer, magnetske orijentacije jezgre vrtloga i domene mikromagneta možda bi se mogle koristiti za kodiranje informacija u obliku 0 i 1.
Istraživači sada imaju za cilj ponoviti ovaj rad s anti-ferromagnetskim materijalima, gdje neto učinak pojedinih magnetskih trenutaka otkazuje. Obećavaju se kada je u pitanju računanje-u teoriji, anti-ferromagnetski materijali mogli bi se koristiti za izradu uređaja koji zahtijevaju malo energije i ostaju stabilni čak i kad se snaga izgubi-ali mnogo je zamršenija za istraživanje jer će signali koje proizvode biti mnogo slabiji.
Unatoč tom izazovu, Folven je optimističan. "Pokrili smo prvo tlo pokazujući da možemo napraviti uzorke i pregledavati ih rendgenima", kaže on. "Sljedeći će korak biti da vidimo možemo li napraviti uzorke dovoljno visoke kvalitete da dobijemo dovoljno signala iz anti-ferromagnetskog materijala."
Post Vrijeme: svibanj-10-2021