Para peneliti dari NTNU menyoroti bahan-bahan magnetik dengan skala kecil dengan membuat film dengan bantuan beberapa rontgen yang sangat cerah.
Erik Folven, co-direktur kelompok elektronik oksida di Departemen Sistem Elektronik NTNU, dan rekan-rekan dari NTNU dan Ghent University di Belgia berangkat untuk melihat bagaimana mikromagnet film tipis berubah ketika terganggu oleh medan magnet luar. Karya itu, sebagian didanai oleh NTNU Nano dan Dewan Penelitian Norwegia, diterbitkan dalam jurnal Fisik Review Research.
Magnet kecil
Einar Standal Digernes menemukan magnet persegi kecil yang digunakan dalam percobaan.
Magnet persegi kecil, dibuat oleh NTNU Ph.D. Kandidat Einar Standal Digernes, hanya dua mikrometer lebar dan dibagi menjadi empat domain segitiga, masing-masing dengan orientasi magnetik yang berbeda menunjuk searah jarum jam atau anti-searah jam di sekitar magnet.
Dalam bahan magnetik tertentu, kelompok atom yang lebih kecil menyatukan ke daerah -daerah yang disebut domain, di mana semua elektron memiliki orientasi magnetik yang sama.
Dalam magnet NTNU, domain -domain ini bertemu di titik tengah - inti pusaran - di mana momen magnetik menunjuk langsung ke dalam atau keluar dari bidang material.
“Ketika kita menerapkan medan magnet, semakin banyak domain ini akan menunjuk ke arah yang sama,” kata Folven. "Mereka bisa tumbuh dan mereka bisa menyusut, dan kemudian mereka bisa bergabung satu sama lain."
Elektron hampir dengan kecepatan cahaya
Melihat ini terjadi tidak mudah. Para peneliti membawa mikromagnet mereka ke synchrotron berbentuk donat selebar 80m, yang dikenal sebagai Bessy II, di Berlin, di mana elektron dipercepat sampai mereka bepergian dengan kecepatan cahaya. Elektron yang bergerak cepat itu kemudian memancarkan sinar-X yang sangat cerah.
“Kami mengambil rontgen ini dan menggunakannya sebagai cahaya di mikroskop kami,” kata Folven.
Karena elektron bepergian di sekitar synchrotron dalam tandan yang dipisahkan oleh dua nanoseconds, sinar-X yang dipancarkannya datang dalam pulsa yang tepat.
Mikroskop sinar-X pemindaian transmisi, atau STXM, mengambil sinar-X tersebut untuk membuat snapshot dari struktur magnetik material. Dengan menjahit snapshot ini bersama -sama, para peneliti pada dasarnya dapat membuat film yang menunjukkan bagaimana perubahan mikromagnet dari waktu ke waktu.
Dengan bantuan STXM, Folven dan rekan -rekannya mengganggu mikromagnet mereka dengan pulsa arus yang menghasilkan medan magnet, dan melihat bentuk domain berubah dan vortex core bergerak dari tengah.
"Anda memiliki magnet yang sangat kecil, dan kemudian Anda menusuknya dan mencoba membayangkannya saat mengendap lagi," katanya. Setelah itu, mereka melihat inti kembali ke tengah - tetapi di sepanjang jalan berliku, bukan garis lurus.
"Ini akan menari kembali ke tengah," kata Folven.
Satu slip dan sudah berakhir
Itu karena mereka mempelajari bahan epitaxial, yang dibuat di atas substrat yang memungkinkan para peneliti untuk mengubah sifat-sifat material, tetapi akan memblokir sinar-X dalam STXM.
Bekerja di nanolab NTNU, para peneliti memecahkan masalah substrat dengan mengubur mikromagnet mereka di bawah lapisan karbon untuk melindungi sifat magnetiknya.
Kemudian mereka dengan hati -hati dan tepat membuang substrat di bawahnya dengan sinar ion gallium yang terfokus sampai hanya lapisan yang sangat tipis yang tersisa. Proses yang melelahkan bisa memakan waktu delapan jam per sampel - dan satu slip up bisa mengeja bencana.
"Yang kritis adalah bahwa, jika Anda membunuh magnet, kami tidak akan tahu itu sebelum kami duduk di Berlin," katanya. "Caranya adalah, tentu saja, untuk membawa lebih dari satu sampel."
Dari fisika fundamental hingga perangkat di masa depan
Untungnya itu berhasil, dan tim menggunakan sampel mereka yang disiapkan dengan cermat untuk memetakan bagaimana domain mikromagnet tumbuh dan menyusut dari waktu ke waktu. Mereka juga membuat simulasi komputer untuk lebih memahami kekuatan apa yang sedang bekerja.
Selain memajukan pengetahuan kita tentang fisika fundamental, memahami bagaimana magnetisme bekerja pada skala panjang dan waktu ini dapat membantu dalam menciptakan perangkat di masa depan.
Magnetisme sudah digunakan untuk penyimpanan data, tetapi para peneliti saat ini mencari cara untuk mengeksploitasinya lebih lanjut. Orientasi magnetik dari inti vortex dan domain mikromagnet, misalnya, mungkin dapat digunakan untuk menyandikan informasi dalam bentuk 0s dan 1s.
Para peneliti sekarang bertujuan untuk mengulangi pekerjaan ini dengan bahan anti-feromagnetik, di mana efek bersih dari momen magnetik individu membatalkan. Ini menjanjikan ketika datang ke komputasi-dalam teori, bahan anti-feromagnetik dapat digunakan untuk membuat perangkat yang membutuhkan sedikit energi dan tetap stabil bahkan ketika daya hilang-tetapi jauh lebih sulit untuk diselidiki karena sinyal yang mereka hasilkan akan jauh lebih lemah.
Terlepas dari tantangan itu, Folven optimis. “Kami telah menutupi tanah pertama dengan menunjukkan bahwa kami dapat membuat sampel dan melihatnya dengan rontgen,” katanya. "Langkah selanjutnya adalah melihat apakah kita dapat membuat sampel dengan kualitas yang cukup tinggi untuk mendapatkan sinyal yang cukup dari bahan anti-feromagnetik."
Waktu pos: Mei-10-2021