Փոքրիկ մագնիսների ներքին աշխատանքին նայելու նոր միջոց

NTNU-ի հետազոտողները փոքր մասշտաբներով լույս են սփռում մագնիսական նյութերի վրա՝ ստեղծելով ֆիլմեր մի քանի չափազանց պայծառ ռենտգենյան ճառագայթների օգնությամբ:

Էրիկ Ֆոլվենը, NTNU-ի Էլեկտրոնային համակարգերի բաժանմունքի օքսիդային էլեկտրոնիկայի խմբի համատնօրենը և Բելգիայի NTNU-ի և Գենտի համալսարանի գործընկերները ձեռնամուխ եղան տեսնելու, թե ինչպես են բարակ թաղանթով միկրոմագնիսները փոխվում, երբ խանգարվում են արտաքին մագնիսական դաշտից:Աշխատանքը, որը մասամբ ֆինանսավորվել է NTNU Nano-ի և Նորվեգիայի հետազոտական ​​խորհրդի կողմից, հրապարակվել է Physical Review Research ամսագրում:

Փոքրիկ մագնիսներ

Einar Standal Digernes-ը հորինել է փոքրիկ քառակուսի մագնիսները, որոնք օգտագործվել են փորձերի ժամանակ:

Փոքրիկ քառակուսի մագնիսները՝ ստեղծված NTNU Ph.D.թեկնածու Einar Standal Digernes-ը, ունեն ընդամենը երկու միկրոմետր լայնություն և բաժանված են չորս եռանկյուն տիրույթների, որոնցից յուրաքանչյուրը տարբեր մագնիսական կողմնորոշմամբ ուղղված է մագնիսների շուրջ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ կամ հակառակ ուղղությամբ:

Որոշ մագնիսական նյութերում ատոմների ավելի փոքր խմբերը միավորվում են տարածքների մեջ, որոնք կոչվում են տիրույթներ, որտեղ բոլոր էլեկտրոններն ունեն նույն մագնիսական կողմնորոշումը:

NTNU մագնիսներում այս տիրույթները հանդիպում են կենտրոնական կետում՝ հորձանուտի միջուկում, որտեղ մագնիսական մոմենտը ուղղվում է անմիջապես նյութի հարթության մեջ կամ դուրս:

«Երբ մենք կիրառում ենք մագնիսական դաշտ, այդ տիրույթներից ավելի ու ավելի շատ կուղղվեն նույն ուղղությամբ», - ասում է Ֆոլվենը:«Նրանք կարող են աճել և փոքրանալ, իսկ հետո կարող են միաձուլվել միմյանց»:

Էլեկտրոնները գրեթե լույսի արագությամբ

Սա տեսնելը հեշտ չէ:Հետազոտողները իրենց միկրոմագնիսները տեղափոխել են 80 մ լայնությամբ բլիթաձև սինքրոտրոն, որը հայտնի է որպես BESSY II, Բեռլինում, որտեղ էլեկտրոնները արագանում են այնքան ժամանակ, մինչև նրանք շարժվում են գրեթե լույսի արագությամբ:Այդ արագ շարժվող էլեկտրոններն այնուհետեւ արձակում են չափազանց պայծառ ռենտգենյան ճառագայթներ:

«Մենք վերցնում ենք այս ռենտգենյան ճառագայթները և օգտագործում դրանք որպես լույս մեր մանրադիտակի մեջ», - ասում է Ֆոլվենը:

Քանի որ էլեկտրոնները շրջում են սինքրոտրոնի շուրջ երկու նանվայրկյանով բաժանված փնջերով, նրանց արձակած ռենտգենյան ճառագայթները գալիս են ճշգրիտ իմպուլսներով:

Սկանավորող փոխանցման ռենտգենյան մանրադիտակը կամ STXM-ը վերցնում է այդ ռենտգենյան ճառագայթները՝ նյութի մագնիսական կառուցվածքի պատկերը ստեղծելու համար:Այս լուսանկարներն իրար կարելով՝ հետազոտողները կարող են էապես ստեղծել ֆիլմ, որը ցույց է տալիս, թե ինչպես է միկրոմագնիսը փոխվում ժամանակի ընթացքում:

STXM-ի օգնությամբ Ֆոլվենը և նրա գործընկերները խանգարեցին իրենց միկրոմագնիսներին հոսանքի իմպուլսով, որը ստեղծեց մագնիսական դաշտ և տեսավ, որ տիրույթները փոխում են ձևը, և ​​պտտվող միջուկը շարժվում է կենտրոնից:

«Դուք ունեք շատ փոքր մագնիս, այնուհետև խփում եք այն և փորձում պատկերացնել այն, երբ այն նորից նստում է», - ասում է նա:Այնուհետև նրանք տեսան, որ միջուկը վերադառնում է դեպի մեջտեղ, բայց ոլորապտույտ ճանապարհով, ոչ ուղիղ գծով:

«Դա մի տեսակ կպարի դեպի կենտրոն», - ասում է Ֆոլվենը:

Մեկ սայթաքում ու վերջ

Դա պայմանավորված է նրանով, որ նրանք ուսումնասիրում են էպիտաքսիալ նյութերը, որոնք ստեղծվում են ենթաշերտի վերևում, որը թույլ է տալիս հետազոտողներին շտկել նյութի հատկությունները, բայց կարող է արգելափակել ռենտգենյան ճառագայթները STXM-ում:

Աշխատելով NTNU NanoLab-ում՝ հետազոտողները լուծել են ենթաշերտի խնդիրը՝ թաղելով իրենց միկրոմագնիսը ածխածնի շերտի տակ՝ պաշտպանելու դրա մագնիսական հատկությունները:

Այնուհետև նրանք զգուշորեն և ճշգրիտ կտրեցին տակի հիմքը գալիումի իոնների կենտրոնացված ճառագայթով, մինչև մնաց միայն շատ բարակ շերտ:Քրտնաջան գործընթացը կարող է տևել ութ ժամ յուրաքանչյուր նմուշի համար, և մեկ սայթաքում կարող է հանգեցնել աղետի:

«Կարևորն այն է, որ եթե դուք սպանեք մագնիսականությունը, մենք դա չենք իմանա մինչև Բեռլինում նստելը», - ասում է նա:«Հնարքն, իհարկե, մեկից ավելի նմուշ բերելն է»:

Հիմնարար ֆիզիկայից մինչև ապագա սարքեր

Բարեբախտաբար, այն աշխատեց, և թիմն օգտագործեց իրենց մանրակրկիտ պատրաստված նմուշները՝ գծագրելու համար, թե ինչպես են միկրոմագնիսների տիրույթները ժամանակի ընթացքում աճում և փոքրանում:Նրանք նաև համակարգչային սիմուլյացիաներ են ստեղծել՝ ավելի լավ հասկանալու համար, թե ինչ ուժեր են գործում:

Ինչպես նաև հիմնարար ֆիզիկայի մասին մեր գիտելիքները զարգացնելը, հասկանալը, թե ինչպես է գործում մագնիսականությունը այս երկարության և ժամանակի մասշտաբներով, կարող է օգտակար լինել ապագա սարքեր ստեղծելու համար:

Մագնիսականությունն արդեն օգտագործվում է տվյալների պահպանման համար, սակայն հետազոտողները ներկայումս ուղիներ են փնտրում այն ​​հետագայում օգտագործելու համար:Միկրոմագնիսների հորձանուտի միջուկի և տիրույթների մագնիսական կողմնորոշումները, օրինակ, կարող են օգտագործվել 0-ների և 1-երի տեսքով տեղեկատվությունը կոդավորելու համար:

Հետազոտողները այժմ նպատակ ունեն կրկնել այս աշխատանքը հակաֆերոմագնիսական նյութերի հետ, որտեղ առանձին մագնիսական մոմենտների զուտ ազդեցությունը վերանում է:Սրանք խոստումնալից են, երբ խոսքը վերաբերում է հաշվարկներին. տեսականորեն, հակաֆերոմագնիսական նյութերը կարող են օգտագործվել սարքեր պատրաստելու համար, որոնք պահանջում են քիչ էներգիա և մնում են կայուն նույնիսկ այն ժամանակ, երբ էներգիան կորչում է, բայց շատ ավելի բարդ է հետաքննել, քանի որ նրանց արտադրած ազդանշանները շատ ավելի թույլ կլինեն: .

Չնայած այդ մարտահրավերին, Ֆոլվենը լավատես է։«Մենք ծածկել ենք առաջին հողը՝ ցույց տալով, որ կարող ենք նմուշներ պատրաստել և ռենտգենյան ճառագայթներով նայել դրանց միջով», - ասում է նա:«Հաջորդ քայլը կլինի տեսնել, թե արդյոք մենք կարող ենք բավականաչափ բարձր որակի նմուշներ պատրաստել հակաֆերոմագնիսական նյութից բավականաչափ ազդանշան ստանալու համար»: