NTNUの研究者は、非常に明るいX線の助けを借りて映画を作成することにより、小さなスケールで磁気材料に光を当てています。
NTNUの電子システム省の酸化物エレクトロニクスグループの共同ディレクターであるErik Folven、およびベルギーのNTNUおよびGhent Universityの同僚は、外部の磁場によって乱れたときに薄膜微小磁石がどのように変化するかを調べようとしました。 Ntnu Nanoとノルウェーの研究評議会によって部分的に資金提供されたこの作業は、Journal Physical Review Researchに掲載されました。
小さな磁石
Einar Standal Digernesは、実験で使用される小さな正方形の磁石を発明しました。
Ntnu Ph.D.によって作成された小さな正方形の磁石候補のEINARスタンドルジガーヌは、幅2マイクロメートルで、それぞれが磁石の周りに時計回りまたは反時計回りに向けて異なる磁気方向を持つ4つの三角形ドメインに分割されています。
特定の磁気材料では、より小さな原子のグループがドメインと呼ばれる領域に結合され、すべての電子が同じ磁気方向を持っています。
NTNU磁石では、これらのドメインは、磁気モーメントが材料の平面内外を直接指している中心点（渦コア）で出会います。
「磁場を適用すると、これらのドメインがますます同じ方向を指します」とFolven氏は言います。 「彼らは成長することができ、縮小することができ、それから彼らは互いに融合することができます。」
ほとんど光の速度で電子
これを見るのは簡単ではありません。研究者は、ベルリンのベッシーIIとして知られる80mのドーナツ型のシンクロトロンに微小地磁石を持ち込み、そこでは電子がほぼ速度で移動するまで加速します。これらの急速な電子は、非常に明るいX線を放出します。
「これらのX線を撮影し、顕微鏡の光として使用します」とFolven氏は言います。
電子は2つのナノ秒で区切られた束でシンクロトロンの周りを移動するため、それらが発するX線は正確なパルスで提供されます。
スキャン伝送X線顕微鏡（STXM）は、これらのX線を使用して、材料の磁気構造のスナップショットを作成します。これらのスナップショットを一緒に縫うことにより、研究者は基本的にマイクロ磁石が時間の経過とともにどのように変化するかを示す映画を作成できます。
STXMの助けを借りて、Folvenと彼の同僚は、磁場を生成する電流のパルスでマイクロ磁石を乱し、ドメインが形状を変え、渦コアが中心から移動しました。
「あなたは非常に小さな磁石を持っているので、それを突き止めて、それが再び落ち着くようにそれを画像化しようとします」と彼は言います。その後、彼らはコアが真ん中に戻るのを見ましたが、直線ではなく曲がりくねった経路に沿っています。
「センターに戻ってダンスのようなものになります」とFolven氏は言います。
1回のスリップとそれは終わりました
それは、研究者が材料の特性を微調整できるが、STXMのX線をブロックできるようにする基板の上に作成されたエピタキシャル材料を研究するためです。
Ntnu Nanolabで作業して、研究者は磁気特性を保護するために炭素の層の下に微小磁石を埋めることにより、基質の問題を解決しました。
その後、非常に薄い層のみが残るまで、ガリウムイオンの焦点を合わせたビームで、下の基板を慎重かつ正確に削除しました。骨の折れるプロセスには、サンプルごとに8時間かかる可能性があり、1回のスリップが災害を綴る可能性があります。
「重要なことは、磁気を殺すと、ベルリンに座る前にそれを知らないということです」と彼は言います。 「もちろん、複数のサンプルを持参することです。」
基本物理学から将来のデバイスまで
ありがたいことに、チームは慎重に準備されたサンプルを使用して、マイクロ磁石のドメインがどのように成長して縮小するかをチャート化しました。また、作業中の力をよりよく理解するために、コンピューターシミュレーションも作成しました。
基本的な物理学に関する知識を促進するだけでなく、これらの長さと時間のスケールで磁気がどのように機能するかを理解することは、将来のデバイスの作成に役立つ可能性があります。
磁気はすでにデータストレージに使用されていますが、研究者は現在、それをさらに活用する方法を探しています。たとえば、渦コアとマイクロ磁石のドメインの磁気向きは、おそらく0Sおよび1Sの形で情報をエンコードするために使用できます。
研究者は現在、個々の磁気モーメントの正味の効果がキャンセルされる抗増殖材料でこの作業を繰り返すことを目指しています。これらはコンピューティングに関しては有望です。理論では、抗メタン磁気材料を使用して、電力が失われた場合でもエネルギーを必要とし、安定したままでいるデバイスを作成するために使用できますが、生成する信号ははるかに弱くなるため、調査するのが非常に巧みです。
その挑戦にもかかわらず、Folvenは楽観的です。 「私たちは、サンプルを作成し、X線でそれらを調べることができることを示すことで、最初の根拠を覆いました」と彼は言います。 「次のステップは、抗メロマグネティック材料から十分な信号を取得するのに十分な高品質のサンプルを作成できるかどうかを確認することです。」
投稿時間：5月10〜2021年