Истражувачите од NTNU фрлаат светлина на магнетните материјали во мали размери со создавање филмови со помош на некои екстремно светли Х-зраци.
Ерик Фолвен, ко-директор на групата за оксидни електроника во Одделот за електронски системи на НТНУ и колегите од универзитетот НТНУ и Гент во Белгија, за да се види како се менуваат микромагнети со тенок филм кога се вознемируваат од надворешно магнетно поле. Работата, делумно финансирана од НТНУ Нано и Советот за истражување на Норвешка, беше објавена во списанието „Физички преглед“.
Ситни магнети
Еинар самостојни Дигернес ги измисли малите квадратни магнети што се користат во експериментите.
Малите квадратни магнети, создадени од д -р НТНУ. Кандидатот за еинар самостојни дигинали, се широки само два микрометри и се делат во четири триаголни домени, секој со различна магнетна ориентација која покажува во насока на стрелките на часовникот или во насока на стрелките на часовникот околу магнетите.
Во одредени магнетни материјали, помалите групи на атоми се вклопуваат во области наречени домени, во кои сите електрони имаат иста магнетна ориентација.
Во магнетите NTNU, овие домени се среќаваат во централна точка - јадрото на вител - каде магнетниот момент се вложува директно во или надвор од рамнината на материјалот.
„Кога нанесуваме магнетно поле, сè повеќе од овие домени ќе укажат во иста насока“, вели Фолвен. „Тие можат да растат и можат да се намалат, а потоа можат да се спојат едни во други“.
Електрони скоро со брзина на светлината
Гледањето на ова се случува не е лесно. Истражувачите ги однеле своите микромагнети до синхротрон во форма на крофна од 80 метри, познат како Беси Втори, во Берлин, каде електроните се забрзани сè додека не патуваат со скоро брзина на светлината. Оние електрони што брзо се движат потоа испуштаат екстремно светли Х-зраци.
„Ние ги земаме овие Х-зраци и ги користиме како светлина во нашиот микроскоп“, вели Фолвен.
Бидејќи електроните патуваат низ синхротрон во гроздови одделени со две наносекунди, Х-зраците што ги испуштаат доаѓаат во прецизни пулсирања.
Микроскоп за скенирање на преносот на Х-зраци, или STXM, ги зема тие Х-зраци за да создаде слика од магнетната структура на материјалот. Со зашилување на овие слики заедно, истражувачите во суштина можат да создадат филм што покажува како се менува микромагнет со текот на времето.
Со помош на STXM, Фолвен и неговите колеги ги нарушија нивните микромагнети со пулс на струја што генерираше магнетно поле и виде дека домените ја менуваат формата и јадрото на вител се движат од центарот.
„Имате многу мал магнет, а потоа го okeиркате и се обидувате да го сликате како што повторно се решава“, вели тој. Потоа, тие го видоа јадрото да се врати во средина - но по патеката за ликвидација, а не права линија.
„Willе се врати танц во центарот“, вели Фолвен.
Едно лизгање и заврши
Тоа е затоа што тие учат епитаксични материјали, кои се создадени на врвот на подлогата што им овозможува на истражувачите да ги разоткриваат својствата на материјалот, но би ги блокирале Х-зраците во STXM.
Работејќи во NTNU NanoLab, истражувачите го решија проблемот со подлогата со закопување на нивниот микромагнет под слој јаглерод за да ги заштитат неговите магнетни својства.
Потоа, тие внимателно и прецизно ја отфрлија подлогата под со фокусиран зрак на галиум јони додека не остане само многу тенок слој. Процесот на макотрп може да трае осум часа по примерок - и едно лизгање може да напише катастрофа.
„Критично е што, ако го убиете магнетизмот, нема да знаеме дека пред да седнеме во Берлин“, вели тој. „Трикот е, се разбира, да се донесе повеќе од еден примерок“.
Од фундаментална физика до идните уреди
За среќа, тоа работеше, а тимот ги искористи своите внимателно подготвени примероци за да наведе како домените на микромагнет растат и се намалуваат со текот на времето. Тие исто така создадоа компјутерски симулации за подобро да разберат кои сили биле на работа.
Како и унапредување на нашето знаење за фундаменталната физика, разбирањето на тоа како работи магнетизмот во овие размери со должина и временски услови може да биде корисно за создавање идни уреди.
Магнетизмот веќе се користи за складирање на податоци, но истражувачите во моментов бараат начини да го искористат понатаму. Магнетните ориентации на јадрото на вител и домените на микромагнет, на пример, може да се користат за кодирање на информации во форма од 0 и 1.
Истражувачите сега имаат за цел да ја повторат оваа работа со анти-феромагнетни материјали, каде што нето ефектот на индивидуалните магнетни моменти се откажува. Овие се ветувачки кога станува збор за пресметување-во теорија, анти-феромагнетните материјали би можеле да се користат за да се направат уреди што бараат мала енергија и остануваат стабилни дури и кога моќта е изгубена-но многу е поинтригантна да се испитаат затоа што сигналите што ги произведуваат ќе бидат многу послаби.
И покрај тој предизвик, Фолвен е оптимист. „Ние го покривме првиот терен покажувајќи дека можеме да направиме примероци и да погледнеме низ нив со Х-зраци“, вели тој. „Следниот чекор ќе биде да видиме дали можеме да направиме примероци со доволно висок квалитет за да добиеме доволно сигнал од анти-феромагнетски материјал“.
Време на пост: мај-10-2021 година