Vísindamenn frá NTNU varpa ljósi á segulmagnaðir efni á litlum vog með því að búa til kvikmyndir með hjálp nokkurra afar bjarta röntgengeisla.
Erik Folven, meðstjórnandi oxíð rafeindatæknihópsins við rafræn kerfisdeild NTNU, og samstarfsmenn frá NTNU og Ghent háskólanum í Belgíu ætluðu að sjá hvernig þunnfilm míkrómíns breytast þegar raskað er af utan segulsviðs. Verkið, að hluta til styrkt af NTNU Nano og Rannsóknarráði Noregs, var birt í tímaritinu Physical Review Research.
Pínulítill segull
Einar Standal Digernes fann upp pínulitla fermetra segla sem notaðir voru í tilraununum.
Pínulítill ferningur segul, búinn til af NTNU Ph.D. Frambjóðandi Einar Standal Digernes, eru aðeins tveir míkrómetrar breiðir og skiptir í fjögur þríhyrningslaga lén, hvert með mismunandi segulmagnaðir sem vísa réttsælis eða rangsælis umhverfis seglina.
Í vissum segulmagni taka minni hópar frumeinda saman á svæði sem kallast lén, þar sem allar rafeindir hafa sömu segulmagnaðir.
Í NTNU seglum hittast þessi lén á miðlægum stað - Vortex kjarninn - þar sem segulmæðið bendir beint inn eða út úr plani efnisins.
„Þegar við notum segulsvið munu fleiri og fleiri af þessum lénum benda í sömu átt,“ segir Folven. „Þeir geta vaxið og þeir geta minnkað og þá geta þeir sameinast hver öðrum.“
Rafeindir næstum á ljóshraða
Það er ekki auðvelt að sjá þetta gerast. Vísindamennirnir fóru með míkrómínbörn sín í 80m breiða kleinuhringjatengda synchrotron, þekktur sem Bessy II, í Berlín, þar sem rafeindir eru hraðaðar þar til þeir eru á ferðalagi á næstum ljóshraða. Þessar hröð rafeindir gefa frá sér mjög bjartar röntgengeislar.
„Við tökum þessar röntgenmyndir og notum þær sem ljósið í smásjá okkar,“ segir Folven.
Vegna þess að rafeindir ferðast um Synchrotron í hellum sem eru aðskildir með tveimur nanósekúndum, koma röntgengeislarnir sem þeir gefa frá sér í nákvæmum belgjurtum.
Skannandi sending röntgengeislasmásjá, eða STXM, tekur þessar röntgengeislar til að búa til mynd af segulbyggingu efnisins. Með því að sauma þessar skyndimyndir saman geta vísindamennirnir í raun búið til kvikmynd sem sýnir hvernig Micromagnet breytist með tímanum.
Með hjálp STXM truflaði Folven og samstarfsmenn hans örbólur með púls af straumi sem myndaði segulsvið og sáu lénin breyta lögun og hvirfilkjarninn færðist frá miðju.
„Þú ert með mjög lítinn segull og þá potar þú það og reynir að mynda það þegar hann sest aftur,“ segir hann. Síðan sáu þeir kjarna snúa aftur í miðjuna - en meðfram vinda, ekki bein lína.
„Það mun dansa aftur í miðjuna,“ segir Folven.
Einn renni og því er lokið
Það er vegna þess að þeir rannsaka svipbrigði, sem eru búin til ofan á undirlag sem gerir vísindamönnum kleift að fínstilla eiginleika efnisins, en myndu hindra röntgengeislana í STXM.
Vinnu í NTNU nanolab, leystu vísindamennirnir undirlagsvandann með því að jarða míkrómínett undir lag kolefnis til að vernda segulmagnaðir eiginleika þess.
Síðan flísar þeir vandlega og nákvæmlega burt undirlagið undir með einbeittum geisla af gallíumjónum þar til aðeins mjög þunnt lag var áfram. Hinn vandvirði ferli gæti tekið átta klukkustundir á sýni - og einn rennibrautin gæti stafað hörmung.
„Það gagnrýna er að ef þú drepur segulmagnið, þá vitum við það ekki áður en við sitjum í Berlín,“ segir hann. „Bragðið er auðvitað að koma með fleiri en eitt sýnishorn.“
Frá grundvallar eðlisfræði til framtíðartækja
Sem betur fer virkaði það og teymið notaði sýni sín vandlega til að kortleggja hvernig lén Micromagnet vaxa og skreppa saman með tímanum. Þeir bjuggu einnig til tölvuuppgerð til að skilja betur hvað sveitir voru í vinnunni.
Auk þess að efla þekkingu okkar á grundvallar eðlisfræði, gæti það verið gagnlegt að skilja hvernig segulmagn virka á þessum lengd og tímamælingum til að búa til framtíðartæki.
Segulstefna er þegar notuð til að geyma gagnageymslu, en vísindamenn eru að leita að leiðum til að nýta það frekar. Til dæmis væri hægt að nota segulmagnaðir hvirfilkjarna og lén í míkrómagnet, til dæmis til að umrita upplýsingar í formi 0 og 1s.
Vísindamennirnir miða nú að því að endurtaka þessa vinnu með ferromagnetic efni, þar sem nettóáhrif einstakra segulmagnanna fellur niður. Þetta er efnilegt þegar kemur að tölvunarfræði-í kenningum væri hægt að nota and-ferromagnetic efni til að búa til tæki sem þurfa litla orku og vera stöðug jafnvel þegar kraftur er glataður-en miklu erfiðari til að kanna vegna þess að merkin sem þeir framleiða verða mun veikari.
Þrátt fyrir þá áskorun er Folven bjartsýnn. „Við höfum fjallað um fyrsta jörðina með því að sýna að við getum búið til sýni og skoðað þau með röntgengeislum,“ segir hann. „Næsta skref verður að sjá hvort við getum búið til sýnishorn af nægilega háum gæðum til að fá næg merki frá ferromagnetic efni.“
Post Time: maí-10-2021