NTNU tyrėjai atskleidžia magnetines medžiagas mažomis masteliais, kurdami filmus, naudodamiesi ypač ryškiais rentgeno spinduliais.
Erikas Folrvenas, NTNU elektroninių sistemų departamento oksido elektronikos grupės direktorius, o kolegos iš NTNU ir Gento universiteto Belgijoje nustatė, kaip keičiasi plonos plėvelės mikromagnetai, kai juos trikdo išorinis magnetinis laukas. Darbas, kurį iš dalies finansavo NTNU Nano ir Norvegijos tyrimų taryba, buvo paskelbtas žurnale „Fizinės apžvalgos tyrimai“.
Mažyčiai magnetai
„Einar“ autonominiai „Digernes“ išrado mažyčius kvadratinius magnetus, naudojamus eksperimentuose.
Mažyčiai kvadratiniai magnetai, sukurti NTNU Ph.D. Kandidatas „Einar“ autonominiai „Digernes“ yra tik dviejų mikrometrų pločio ir padalyti į keturis trikampius domenus, kurių kiekviena turi skirtingą magnetinę orientaciją, nukreiptą pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę aplink magnetas.
Tam tikrose magnetinėse medžiagose mažesnės atomų grupės susilieja į sritis, vadinamas domenais, kuriose visi elektronai turi tą pačią magnetinę orientaciją.
NTNU magnetuose šie domenai susitinka centriniame taške - sūkurio šerdyje - ten, kur magnetinis momentas nukreiptas tiesiai į medžiagos plokštumą arba iš jos.
„Kai pritaikysime magnetinį lauką, vis daugiau šių domenų bus nukreipti ta pačia kryptimi“, - sako Folrvenas. „Jie gali augti ir gali susitraukti, o tada gali susilieti vienas su kitu“.
Elektronai beveik šviesos greičiu
Matyti, kad tai įvyks, nėra lengva. Tyrėjai savo mikromagnetus paėmė į 80 m pločio spurgos formos sinchrotroną, žinomą kaip Bessy II, Berlyne, kur elektronai pagreitėja, kol jie keliauja beveik šviesos greičiu. Tuomet tie greitai judantys elektronai skleidžia ypač ryškius rentgeno spindulius.
„Mes imame šiuos rentgeno spindulius ir naudojame juos kaip šviesą mikroskope“,-sako Folrvenas.
Kadangi elektronai keliauja aplink sinchrotroną kekėse, atskirtos dviem nanosekundėmis, rentgeno spinduliai, kuriuos jie skleidžia, būna tikslios impulsai.
Nuskaitymo transmisijos rentgeno mikroskopas arba STXM trunka tuos rentgeno spindulius, kad būtų sukurtas medžiagos magnetinės struktūros vaizdas. Susiepdami šias momentines nuotraukas, tyrėjai iš esmės gali sukurti filmą, kuriame parodytų, kaip laikui bėgant keičiasi mikromagnetas.
Pasinaudoję STXM, Folrvenas ir jo kolegos sutrikdė jų mikromagnetas srovės impulsu, kuris sukūrė magnetinį lauką, ir matė, kad domenai keičia formą, o sūkurinės šerdies juda iš centro.
„Jūs turite labai mažą magnetą, o tada jūs jį kišate ir bandote jį pavaizduoti, kai jis vėl nusistovi“, - sako jis. Vėliau jie pamatė, kaip šerdis grįžta į vidurį, tačiau vingiuotu keliu, o ne tiesia linija.
„Tai tarsi šoks į centrą“, - sako Folrvenas.
Vienas slydimas ir viskas baigėsi
Taip yra todėl, kad jie tiria epitaksines medžiagas, kurios yra sukurtos ant substrato, leidžiančio tyrėjams pritaikyti medžiagos savybes, tačiau blokuotų rentgeno spindulius STXM.
Dirbdami NTNU nanolabe, tyrėjai išsprendė substrato problemą, palaidodami savo mikromagnetą po anglies sluoksniu, kad apsaugotų jo magnetines savybes.
Tada jie atsargiai ir tiksliai nuplėšė substratą po apačia su fokusuotu galulio jonų pluoštu, kol liko tik labai plonas sluoksnis. Dėl kruopštaus proceso gali trukti aštuonias valandas vienam mėginiui - ir vienas paslysti gali sukelti katastrofą.
„Kritinis dalykas yra tai, kad jei nužudysite magnetizmą, mes to nesužinosime prieš sėdėdami Berlyne“, - sako jis. „Triukas, be abejo, yra atsinešti daugiau nei vieną pavyzdį“.
Nuo pagrindinės fizikos iki būsimų prietaisų
Laimei, tai suveikė, ir komanda naudojo kruopščiai paruoštus pavyzdžius, kad parodytų, kaip „MicromagNet“ domenai laikui bėgant auga ir susitraukia. Jie taip pat sukūrė kompiuterinius modeliavimus, kad geriau suprastų, kokios jėgos buvo darbe.
Be to, kad tobuliname savo žinias apie pagrindinę fiziką, supratimas, kaip magnetizmas veikia tokiu ilgio ir laiko skalėmis, galėtų būti naudinga kuriant būsimus prietaisus.
Magnetizmas jau naudojamas duomenų saugojimui, tačiau tyrėjai šiuo metu ieško būdų, kaip jį išnaudoti toliau. Pavyzdžiui, „MicromagNet“ sūkurio šerdies magnetinės orientacijos ir, pavyzdžiui, gali būti naudojamos norint koduoti informaciją 0 ir 1 pavidalu.
Dabar tyrėjai siekia pakartoti šį darbą su ferromagnetinėmis medžiagomis, kur atskirų magnetinių momentų grynasis poveikis panaikina. Tai perspektyvu, kai reikia skaičiuoti-teorijoje anti-ferromagnetinės medžiagos galėtų būti naudojamos įrenginiams, kuriems reikia mažai energijos ir išlikti stabiliai, net prarasta galia, tačiau daug kebliau ištirti, nes jų gaminami signalai bus daug silpnesni.
Nepaisant šio iššūkio, Folrvenas yra optimistiškas. „Mes apžvelgėme pirmąjį pagrindą parodydami, kad galime padaryti pavyzdžių ir per juos žiūrėti rentgeno spinduliais“,-sako jis. „Kitas žingsnis bus išsiaiškinti, ar galime padaryti pakankamai aukštos kokybės pavyzdžius, kad gautume pakankamai signalo iš anti-ferromagnetinės medžiagos“.
Pašto laikas: 2012 m. Gegužės 10 d