NTNU зерттеушілері өте жарқын рентген сәулелерінің көмегімен фильмдер жасау арқылы шағын масштабтағы магниттік материалдарға жарық түсіреді.
NTNU электронды жүйелер департаментінің оксидтік электроника тобының тең директоры Эрик Фолвен және Бельгиядағы NTNU және Гент университетіндегі әріптестер сыртқы магнит өрісі бұзылған кезде жұқа қабықшалы микромагниттердің қалай өзгеретінін көру үшін жолға шықты.NTNU Nano және Норвегияның зерттеу кеңесі ішінара қаржыландырған жұмыс Physical Review Research журналында жарияланды.
Кішкентай магниттер
Einar Standal Digernes эксперименттерде қолданылған кішкентай шаршы магниттерді ойлап тапты.
NTNU Ph.D докторы жасаған кішкентай шаршы магниттер.кандидат Einar Standal Digernes, ені небәрі екі микрометр және төрт үшбұрышты доменге бөлінген, олардың әрқайсысы магниттердің айналасында сағат тілімен немесе сағат тіліне қарсы бағытталған әртүрлі магниттік бағдарға ие.
Белгілі бір магниттік материалдарда атомдардың кіші топтары барлық электрондардың магниттік бағыты бірдей болатын домендер деп аталатын аймақтарға біріктіріледі.
NTNU магниттерінде бұл домендер орталық нүктеде - құйынды ядрода кездеседі, онда магниттік момент материалдың жазықтығына тікелей немесе сыртқа қарайды.
Фолвен: «Біз магнит өрісін қолданғанда, бұл домендердің көбісі бір бағытты көрсетеді», - дейді.«Олар өсіп, кішірейе алады, содан кейін олар бір-біріне қосыла алады».
Электрондар жарық жылдамдығымен дерлік
Бұл жағдайды көру оңай емес.Зерттеушілер өздерінің микромагниттерін Берлиндегі BESSY II деп аталатын ені 80 м болатын пончик тәрізді синхротронға апарды, онда электрондар жарық жылдамдығымен қозғалғанша жеделдетіледі.Бұл жылдам қозғалатын электрондар өте жарқын рентген сәулелерін шығарады.
«Біз бұл рентген сәулелерін алып, оларды микроскопымызда жарық ретінде пайдаланамыз», - дейді Фолвен.
Электрондар синхротронның айналасында екі наносекундпен бөлінген шоғырлармен қозғалатындықтан, олар шығаратын рентген сәулелері дәл импульстармен келеді.
Сканерлеуші трансмиссиялық рентгендік микроскоп немесе STXM материалдың магниттік құрылымының суретін жасау үшін сол рентген сәулелерін алады.Осы суреттерді біріктіру арқылы зерттеушілер микромагниттің уақыт өте келе қалай өзгеретінін көрсететін фильм жасай алады.
STXM көмегімен Фолвен және оның әріптестері микромагниттерін магнит өрісін тудыратын ток импульсі арқылы бұзып, домендердің пішінін өзгерткенін және құйынды ядроның орталықтан қозғалғанын көрді.
«Сізде өте кішкентай магнит бар, содан кейін сіз оны шаншып, оны қайтадан орналасып жатқанда бейнелеуге тырысасыз», - дейді ол.Содан кейін олар ядроның ортаға оралғанын көрді, бірақ түзу емес, бұралмалы жолмен.
Фолвен: «Ол орталыққа қарай билейді», - дейді.
Бір сырғыса бітті
Өйткені олар зерттеушілерге материалдың қасиеттерін өзгертуге мүмкіндік беретін, бірақ STXM-дегі рентген сәулелерін блоктайтын субстраттың үстінде жасалған эпитаксиалды материалдарды зерттейді.
NTNU NanoLab жүйесінде жұмыс істей отырып, зерттеушілер магниттік қасиеттерін қорғау үшін микромагнитті көміртегі қабатының астына көму арқылы субстрат мәселесін шешті.
Содан кейін олар өте жұқа қабат қалғанша астындағы субстратты галий иондарының фокусталған шоғырымен мұқият және дәл кесіп тастады.Тынымсыз процесс әр үлгіге сегіз сағатқа созылуы мүмкін және бір сырғып кету апатқа әкелуі мүмкін.
«Магнитизмді өлтірсеңіз, біз Берлинде отырмай тұрып білмейміз», - дейді ол.«Алу, әрине, бірнеше үлгіні әкелу».
Негізгі физикадан болашақ құрылғыларға дейін
Бақытымызға орай, бұл жұмыс істеді және топ мұқият дайындалған үлгілерін микромагниттік домендердің уақыт өте келе қалай өсіп, кішірейетінін диаграммалау үшін пайдаланды.Олар сондай-ақ қандай күштер жұмыс істейтінін жақсы түсіну үшін компьютерлік модельдеу жасады.
Іргелі физика туралы білімімізді жетілдірумен қатар, осы ұзындық пен уақыт шкалаларында магнетизмнің қалай жұмыс істейтінін түсіну болашақ құрылғыларды жасауда пайдалы болуы мүмкін.
Магнитизм қазірдің өзінде деректерді сақтау үшін пайдаланылады, бірақ қазіргі уақытта зерттеушілер оны одан әрі пайдалану жолдарын іздестіруде.Мысалы, құйынды ядроның магниттік бағдарлары мен микромагнит домендері ақпаратты 0 және 1 түрінде кодтау үшін пайдаланылуы мүмкін.
Зерттеушілер енді бұл жұмысты антиферромагниттік материалдармен қайталауды мақсат етіп отыр, мұнда жеке магниттік моменттердің таза әсері жойылады.Бұл есептеулерге келетін болсақ, олар перспективалы - теорияда антиферромагниттік материалдар аз энергияны қажет ететін және қуат жоғалған кезде де тұрақты болып қалатын құрылғыларды жасау үшін пайдаланылуы мүмкін - бірақ зерттеу әлдеқайда қиын, өйткені олар шығаратын сигналдар әлдеқайда әлсіз болады. .
Бұл қиындыққа қарамастан, Фолвен оптимистік көзқараста.«Біз үлгілерді жасай алатынымызды және оларды рентген сәулелерімен қарай алатынымызды көрсете отырып, бірінші жерді қамтыдық», - дейді ол.«Келесі қадам антиферромагниттік материалдан жеткілікті сигнал алу үшін жеткілікті жоғары сапа үлгілерін жасай алатынымызды көру болады».
Жіберу уақыты: 10 мамыр 2021 ж