ახალი გზა პაწაწინა მაგნიტების შიდა მუშაობის შესასწავლად

NTNU-ს მკვლევარები შუქს აფენენ მაგნიტურ მასალებს მცირე მასშტაბით, ფილმების შექმნით რამდენიმე უკიდურესად კაშკაშა რენტგენის სხივების დახმარებით.

ერიკ ფოლვენი, ოქსიდის ელექტრონიკის ჯგუფის თანადირექტორი NTNU-ს ელექტრონული სისტემების დეპარტამენტში, და კოლეგები NTNU-დან და გენტის უნივერსიტეტიდან ბელგიაში, შეეცადნენ ენახათ, თუ როგორ იცვლება თხელი ფირის მიკრომაგნიტები გარე მაგნიტური ველის მიერ შეშფოთებისას.ნაშრომი, ნაწილობრივ დაფინანსებული NTNU Nano-ს და ნორვეგიის კვლევის საბჭოს მიერ, გამოქვეყნდა ჟურნალში Physical Review Research.

პატარა მაგნიტები

ეინარ სტენდალ დიგერნესმა გამოიგონა ექსპერიმენტებში გამოყენებული პაწაწინა კვადრატული მაგნიტები.

პაწაწინა კვადრატული მაგნიტები, შექმნილი NTNU Ph.D.კანდიდატი Einar Standal Digernes არის მხოლოდ ორი მიკრომეტრის სიგანე და იყოფა ოთხ სამკუთხა დომენად, თითოეულს აქვს განსხვავებული მაგნიტური ორიენტაცია, რომელიც მიმართულია საათის ისრის მიმართულებით ან საათის ისრის საწინააღმდეგოდ მაგნიტების გარშემო.

გარკვეულ მაგნიტურ მასალებში, ატომების უფრო მცირე ჯგუფები გაერთიანებულია უბნებად, სახელწოდებით დომენები, სადაც ყველა ელექტრონს აქვს იგივე მაგნიტური ორიენტაცია.

NTNU მაგნიტებში, ეს დომენები ხვდებიან ცენტრალურ წერტილში - მორევის ბირთვს - სადაც მაგნიტური მომენტი პირდაპირ მიუთითებს მასალის სიბრტყეში ან მის გარეთ.

”როდესაც ჩვენ ვიყენებთ მაგნიტურ ველს, ამ დომენების უფრო და უფრო მეტი მიმართულება იქნება იმავე მიმართულებით,” - ამბობს ფოლვენი.„მათ შეუძლიათ გაიზარდონ და შემცირდნენ, შემდეგ კი ერთმანეთში გაერთიანდნენ“.

ელექტრონები თითქმის სინათლის სიჩქარით

ამის დანახვა ადვილი არ არის.მკვლევარებმა თავიანთი მიკრომაგნიტები მიიტანეს 80 მ სიგანის დონატის ფორმის სინქროტრონში, რომელიც ცნობილია როგორც BESSY II, ბერლინში, სადაც ელექტრონები აჩქარდებიან მანამ, სანამ ისინი თითქმის სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ.ეს სწრაფად მოძრავი ელექტრონები შემდეგ ასხივებენ უკიდურესად კაშკაშა რენტგენის სხივებს.

„ჩვენ ვიღებთ ამ რენტგენის სხივებს და ვიყენებთ მათ, როგორც სინათლეს ჩვენს მიკროსკოპში“, ამბობს ფოლვენი.

იმის გამო, რომ ელექტრონები მოძრაობენ სინქროტრონის ირგვლივ ორი ​​ნანოწამით გამოყოფილი მტევნებით, რენტგენის სხივები, რომლებსაც ისინი ასხივებენ, ზუსტი იმპულსებით მოდის.

სკანირების გადამცემი რენტგენის მიკროსკოპი, ან STXM, იღებს ამ რენტგენის სხივებს მასალის მაგნიტური სტრუქტურის კადრის შესაქმნელად.ამ კადრების ერთმანეთთან შეკერვით, მკვლევარებს შეუძლიათ შექმნან ფილმი, რომელიც აჩვენებს, თუ როგორ იცვლება მიკრომაგნიტი დროთა განმავლობაში.

STXM-ის დახმარებით ფოლვენმა და მისმა კოლეგებმა შეარყიეს მათი მიკრომაგნიტები დენის იმპულსით, რომელიც წარმოქმნიდა მაგნიტურ ველს და დაინახეს, რომ დომენები ცვლიდნენ ფორმას და მორევის ბირთვი მოძრაობდა ცენტრიდან.

”თქვენ გაქვთ ძალიან პატარა მაგნიტი, შემდეგ აჭერთ მას და ცდილობთ წარმოიდგინოთ ის, როგორც ის კვლავ დნება,” - ამბობს ის.ამის შემდეგ მათ დაინახეს, რომ ბირთვი შუაში დაბრუნდა, მაგრამ მიხვეულ-მოხვეული ბილიკის გასწვრივ და არა სწორი ხაზით.

"ის ერთგვარი ცეკვა იქნება ცენტრში", - ამბობს ფოლვენი.

ერთი გადაცურვა და დამთავრდა

ეს იმიტომ ხდება, რომ ისინი სწავლობენ ეპიტაქსიალურ მასალებს, რომლებიც იქმნება სუბსტრატის თავზე, რომელიც მკვლევარებს საშუალებას აძლევს შეცვალონ მასალის თვისებები, მაგრამ დაბლოკავს რენტგენის სხივებს STXM-ში.

NTNU NanoLab-ში მუშაობისას, მკვლევარებმა გადაჭრეს სუბსტრატის პრობლემა ნახშირბადის ფენის ქვეშ მათი მიკრომაგნიტის დამარხვით, მისი მაგნიტური თვისებების დასაცავად.

შემდეგ მათ ფრთხილად და ზუსტად მოაშორეს სუბსტრატი გალიუმის იონების ფოკუსირებული სხივით, სანამ მხოლოდ ძალიან თხელი ფენა დარჩებოდა.შრომატევადი პროცესი შეიძლება რვა საათი დასჭირდეს თითო ნიმუშს და ერთი გადაცურვა შეიძლება კატასტროფა იყოს.

„კრიტიკული ის არის, რომ თუ მაგნიტიზმს მოკლავ, ჩვენ ამას ვერ გავიგებთ სანამ ბერლინში დავჯდებით“, - ამბობს ის.”ხრიკი, რა თქმა უნდა, არის ერთზე მეტი ნიმუშის მოტანა.”

ფუნდამენტური ფიზიკიდან მომავალ მოწყობილობებამდე

საბედნიეროდ, მან იმუშავა და გუნდმა გამოიყენა მათი ყურადღებით მომზადებული ნიმუშები იმის დასადგენად, თუ როგორ იზრდება და მცირდება მიკრომაგნიტის დომენები დროთა განმავლობაში.მათ ასევე შექმნეს კომპიუტერული სიმულაციები, რათა უკეთ გაეგოთ რა ძალები მუშაობდნენ.

ფუნდამენტური ფიზიკის შესახებ ჩვენი ცოდნის გაღრმავებასთან ერთად, იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს მაგნეტიზმი ამ სიგრძისა და დროის მასშტაბებში, შეიძლება სასარგებლო იყოს მომავალი მოწყობილობების შესაქმნელად.

მაგნეტიზმი უკვე გამოიყენება მონაცემთა შესანახად, მაგრამ მკვლევარები ამჟამად ეძებენ გზებს მისი შემდგომი გამოყენებისთვის.მაგალითად, მორევის ბირთვისა და მიკრომაგნიტის დომენების მაგნიტური ორიენტაციები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინფორმაციის კოდირებისთვის 0-ის და 1-ის სახით.

მკვლევარები ახლა ამ სამუშაოს გამეორებას აპირებენ ანტიფერომაგნიტური მასალებით, სადაც ცალკეული მაგნიტური მომენტების წმინდა ეფექტი ქრება.ეს პერსპექტიულია, როდესაც საქმე გამოთვლებს ეხება - თეორიულად, ანტიფერომაგნიტური მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოწყობილობების დასამზადებლად, რომლებიც საჭიროებენ მცირე ენერგიას და რჩება სტაბილური მაშინაც კი, როდესაც ენერგია იკარგება - მაგრამ უფრო რთული გამოსაკვლევია, რადგან მათ მიერ წარმოქმნილი სიგნალები გაცილებით სუსტი იქნება. .

მიუხედავად ამ გამოწვევისა, ფოლვენი ოპტიმისტურია.„ჩვენ დავფარეთ პირველი ადგილი იმით, რომ ჩვენ შეგვიძლია გავაკეთოთ ნიმუშები და გადავხედოთ მათ რენტგენის სხივებით“, - ამბობს ის.„შემდეგი ნაბიჯი იქნება იმის დანახვა, შეგვიძლია თუ არა საკმარისად მაღალი ხარისხის ნიმუშების დამზადება, რომ მივიღოთ საკმარისი სიგნალი ანტიფერომაგნიტური მასალისგან.