Para peneliti saka NTNU lagi menehi cahya babagan bahan magnetik ing skala cilik kanthi nggawe film kanthi bantuan sinar-X sing padhang banget.
Erik Folven, salah siji direktur grup elektronik oksida ing Departemen Sistem Elektronik NTNU, lan kolega saka NTNU lan Universitas Ghent ing Belgia, nyoba ndeleng kepiye mikromagnet film tipis owah nalika diganggu medan magnet njaba. Karya iki, sing sebagian didanai dening NTNU Nano lan Dewan Riset Norwegia, diterbitake ing jurnal Physical Review Research.
Magnet cilik
Einar Standal Digernes nemokaké magnet kothak cilik sing digunakaké ing eksperimen kasebut.
Magnet kothak cilik iki, sing digawe dening kandidat Ph.D. NTNU, Einar Standal Digernes, jembaré mung rong mikrometer lan dipérang dadi patang domain segitiga, saben domain duwé orientasi magnetik sing béda-béda sing nuduhake searah jarum jam utawa ngelawan arah jarum jam ing sekitar magnet.
Ing bahan magnetik tartamtu, klompok atom sing luwih cilik nyawiji dadi area sing diarani domain, ing ngendi kabeh elektron duwe orientasi magnetik sing padha.
Ing magnet NTNU, domain iki ketemu ing titik pusat—inti pusaran—ing ngendi momen magnetik nuduhake langsung mlebu utawa metu saka bidang materi.
"Nalika kita ngetrapake medan magnet, saya akeh domain iki sing bakal nuduhake arah sing padha," ujare Folven. "Dheweke bisa tuwuh lan bisa nyusut, banjur bisa nyawiji dadi siji liyane."
Elektron meh kanthi kecepatan cahya
Ndeleng iki kedadeyan ora gampang. Para peneliti nggawa mikromagnet menyang sinkrotron awujud donat kanthi jembar 80m, sing dikenal minangka BESSY II, ing Berlin, ing ngendi elektron dipercepat nganti meh kaya kecepatan cahya. Elektron sing obah cepet kasebut banjur ngetokake sinar-X sing padhang banget.
"Kita njupuk sinar-X iki lan nggunakake minangka cahya ing mikroskop kita," ujare Folven.
Amarga elektron ngubengi sinkrotron ing tandan sing dipisahake rong nanodetik, sinar-X sing dipancarake teka kanthi pulsa sing tepat.
Mikroskop sinar-X transmisi pindai, utawa STXM, njupuk sinar-X kasebut kanggo nggawe gambar potret struktur magnetik materi kasebut. Kanthi nggabungake gambar-gambar kasebut, para peneliti bisa nggawe film sing nuduhake kepiye mikromagnet kasebut owah saka wektu ke wektu.
Kanthi bantuan STXM, Folven lan kanca-kancane ngganggu mikromagnet nganggo pulsa arus sing ngasilake medan magnet, lan ndeleng domain kasebut owah wujud lan inti pusaran obah saka tengah.
"Kowé nduwé magnet cilik banget, banjur kowé nusuk lan nyoba mbayangaké nalika magnet mau mapan manèh," ujare. Sawisé kuwi, dhèwèké weruh inti magnet bali menyang tengah—nanging ing sadawane dalan sing muter-muter, dudu garis lurus.
"Iki bakal kaya nari bali menyang tengah," ujare Folven.
Siji kepleset lan wis rampung
Kuwi amarga dheweke nyinaoni bahan epitaksial, sing digawe ing ndhuwur substrat sing ngidini para peneliti ngowahi sifat bahan kasebut, nanging bakal mblokir sinar-X ing STXM.
Makarya ing NTNU NanoLab, para peneliti ngrampungake masalah substrat kanthi ngubur mikromagnet ing sangisore lapisan karbon kanggo nglindhungi sifat magnetike.
Banjur, kanthi ati-ati lan tepat, substrat ing ngisore dicacah nganggo sinar ion galium sing fokus nganti mung kari lapisan sing tipis banget. Proses sing angel iki bisa mbutuhake wolung jam saben sampel—lan siji kesalahan bisa nyebabake bencana.
"Sing penting yaiku, yen sampeyan mateni magnetisme, kita ora bakal ngerti sadurunge kita lungguh ing Berlin," ujare. "Trikune, mesthi, nggawa luwih saka siji conto."
Saka fisika dhasar nganti piranti ing mangsa ngarep
Untunge, iki berhasil, lan tim kasebut nggunakake sampel sing wis disiapake kanthi teliti kanggo nggawe grafik kepiye domain mikromagnet tuwuh lan susut seiring wektu. Dheweke uga nggawe simulasi komputer kanggo luwih ngerti gaya apa sing lagi kerja.
Saliyané ningkatake kawruh kita babagan fisika dhasar, mangerteni kepriyé magnetisme kerjane ing skala dawa lan wektu iki bisa mbantu nggawé piranti ing mangsa ngarep.
Magnetisme wis digunakake kanggo panyimpenan data, nanging para peneliti saiki lagi nggoleki cara kanggo ngeksploitasi luwih lanjut. Orientasi magnetik inti pusaran lan domain mikromagnet, contone, bisa uga digunakake kanggo ngode informasi ing wangun 0 lan 1.
Para peneliti saiki ngarahake kanggo mbaleni karya iki karo bahan anti-feromagnetik, ing ngendi efek bersih saka momen magnetik individu dibatalake. Iki janjeni nalika nerangake komputasi—ing teori, bahan anti-feromagnetik bisa digunakake kanggo nggawe piranti sing mbutuhake energi sithik lan tetep stabil sanajan daya ilang—nanging luwih angel diselidiki amarga sinyal sing diasilake bakal luwih lemah.
Senajan ana tantangan kuwi, Folven tetep optimis. "Kita wis nutupi masalah pisanan kanthi nuduhake yen kita bisa nggawe sampel lan ndeleng nganggo sinar-X," ujare. "Langkah sabanjure yaiku ndeleng apa kita bisa nggawe sampel kanthi kualitas sing cukup dhuwur kanggo entuk sinyal sing cukup saka bahan anti-feromagnetik."
Wektu kiriman: 10-Mei-2021