Истражувачите од NTNU фрлаат светлина на магнетни материјали во мали размери со создавање филмови со помош на некои екстремно светли рендгенски зраци.
Ерик Фолвен, ко-директор на групата за оксидна електроника на Одделот за електронски системи на NTNU, и колегите од NTNU и Универзитетот Гент во Белгија, тргнаа да видат како микромагнетите со тенок филм се менуваат кога ќе бидат вознемирени од надворешно магнетно поле.Работата, делумно финансирана од NTNU Nano и Истражувачкиот совет на Норвешка, беше објавена во списанието Physical Review Research.
Мали магнети
Ејнар Стандал Дигернес ги измислил малите квадратни магнети користени во експериментите.
Малите квадратни магнети, создадени од NTNU Ph.D.кандидатот Einar Standal Digernes, се широки само два микрометри и се поделени на четири триаголни области, секој со различна магнетна ориентација насочена во насока на стрелките на часовникот или спротивно од стрелките на часовникот околу магнетите.
Во одредени магнетни материјали, помалите групи на атоми се здружуваат 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 што магнетниот момент покажува директно во или надвор од рамнината на материјалот.
„Кога применуваме магнетно поле, сè повеќе од овие домени ќе бидат насочени во иста насока“, вели Фолвен.„Тие можат да растат и да се намалат, а потоа да се спојат еден во друг“.
Електрони речиси со брзина на светлината
Не е лесно да се види ова како се случува.Истражувачите ги однеле своите микромагнети до синхротрон во облик на крофна широк 80 метри, познат како BESSY II, во Берлин, каде што електроните се забрзуваат додека не патуваат со речиси брзина на светлината.Тие електрони кои брзо се движат потоа испуштаат екстремно светли рендгенски зраци.
„Ги земаме овие Х-зраци и ги користиме како светлина во нашиот микроскоп“, вели Фолвен.
Бидејќи електроните патуваат околу синхротронот во гроздови разделени со две наносекунди, рендгенските зраци што ги емитуваат доаѓаат во прецизни импулси.
Скенирање преносен микроскоп на Х-зраци, или STXM, ги зема тие рендгенски зраци за да создаде слика од магнетната структура на материјалот.Со спојување на овие снимки заедно, истражувачите во суштина можат да создадат филм кој покажува како микромагнетот се менува со текот на времето.
Со помош на STXM, Фолвен и неговите колеги ги нарушија нивните микромагнети со пулс на струја што генерира магнетно поле, и видоа како домените ја менуваат формата и јадрото на вител се движи од центарот.
„Имате многу мал магнет, а потоа го ѕиркате и се обидувате да го замислите како се таложи повторно“, вели тој.Потоа, тие го видоа јадрото како се враќа на средина - но по кривулеста патека, а не права линија.
„Некако ќе танцува назад до центарот“, вели Фолвен.
Едно лапсус и готово
Тоа е затоа што тие проучуваат епитаксијални материјали, кои се создаваат на врвот на подлогата што им овозможува на истражувачите да ги променат својствата на материјалот, но би ги блокирале рендгенските зраци во STXM.
Работејќи во NTNU NanoLab, истражувачите го решија проблемот со подлогата со закопување на нивниот микромагнет под слој од јаглерод за да ги заштитат неговите магнетни својства.
Потоа тие внимателно и прецизно ја отсекле подлогата одоздола со фокусиран зрак од јони на галиум додека не останал само многу тенок слој.Макотрпниот процес може да трае осум часа по примерок - а едно лизгање може да значи катастрофа.
„Критичното нешто е што, ако го убиете магнетизмот, нема да го знаеме тоа пред да седнеме во Берлин“, вели тој.„Трикот е, се разбира, да се донесе повеќе од еден примерок“.
Од фундаментална физика до идни уреди
За среќа, тоа функционираше, а тимот ги искористи нивните внимателно подготвени примероци за да прикаже како домените на микромагнетот растат и се намалуваат со текот на времето.Тие исто така создадоа компјутерски симулации за подобро да разберат кои сили дејствуваат.
Покрај тоа што го унапредуваме нашето знаење за фундаменталната физика, разбирањето како функционира магнетизмот во овие временски и временски размери може да биде корисно за создавање на идни уреди.
Магнетизмот веќе се користи за складирање на податоци, но истражувачите во моментов бараат начини да го искористат дополнително.Магнетните ориентации на јадрото на вител и домени на микромагнет, на пример, можеби би можеле да се користат за кодирање на информации во форма на 0 и 1.
Истражувачите сега имаат за цел да ја повторат оваа работа со анти-феромагнетни материјали, каде што нето ефектот на поединечните магнетни моменти се поништува.Овие се ветувачки кога станува збор за компјутерите - во теорија, анти-феромагнетните материјали би можеле да се користат за да се направат уреди кои бараат малку енергија и остануваат стабилни дури и кога се губи енергијата - но многу потешко да се истражат бидејќи сигналите што тие ги произведуваат ќе бидат многу послаби .
И покрај тој предизвик, Фолвен е оптимист.„Го покривме првото тло со тоа што покажавме дека можеме да направиме примероци и да погледнеме низ нив со рендгенски зраци“, вели тој.„Следниот чекор ќе биде да видиме дали можеме да направиме примероци со доволно висок квалитет за да добиеме доволно сигнал од антиферомагнетен материјал“.
Време на објавување: мај-10-2021 година