लहान चुंबकांच्या आतील कार्याकडे पाहण्याचा एक नवीन मार्ग

NTNU चे संशोधक काही अत्यंत तेजस्वी क्ष-किरणांच्या साहाय्याने चित्रपट तयार करून चुंबकीय पदार्थांवर लहान प्रमाणात प्रकाश टाकत आहेत.

एरिक फोल्वेन, NTNU च्या इलेक्ट्रॉनिक सिस्टीम विभागातील ऑक्साइड इलेक्ट्रॉनिक्स समूहाचे सह-संचालक आणि NTNU आणि बेल्जियममधील गेन्ट विद्यापीठातील सहकारी बाहेरील चुंबकीय क्षेत्रामुळे पातळ-फिल्म मायक्रोमॅग्नेट्स कसे बदलतात हे पाहण्यासाठी निघाले.NTNU नॅनो आणि नॉर्वेच्या रिसर्च कौन्सिलने अंशतः निधी दिलेले हे काम फिजिकल रिव्ह्यू रिसर्च जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले.

लहान चुंबक

आयनार स्टँडल डिगर्नेस यांनी प्रयोगात वापरल्या जाणाऱ्या लहान चौकोनी चुंबकांचा शोध लावला.

NTNU Ph.D ने तयार केलेले लहान चौरस चुंबक.उमेदवार Einar Standal Digernes, फक्त दोन मायक्रोमीटर रुंद आहेत आणि चार त्रिकोणी डोमेनमध्ये विभागलेले आहेत, प्रत्येक चुंबकाभोवती घड्याळाच्या दिशेने किंवा घड्याळाच्या विरुद्ध दिशेने निर्देशित करणारे भिन्न चुंबकीय अभिमुखता आहे.

विशिष्ट चुंबकीय पदार्थांमध्ये, अणूंचे छोटे गट डोमेन नावाच्या भागात एकत्र बांधतात, ज्यामध्ये सर्व इलेक्ट्रॉन्सचे चुंबकीय अभिमुखता समान असते.

NTNU चुंबकांमध्ये, हे डोमेन एका मध्यवर्ती बिंदूवर भेटतात—व्हर्टेक्स कोर—जेथे चुंबकीय क्षण सामग्रीच्या समतल भागामध्ये किंवा बाहेर थेट निर्देशित करतात.

"जेव्हा आपण चुंबकीय क्षेत्र लागू करतो, तेव्हा यापैकी अधिकाधिक डोमेन एकाच दिशेने निर्देशित होतील," फोल्वेन म्हणतात."ते वाढू शकतात आणि संकुचित होऊ शकतात आणि नंतर ते एकमेकांमध्ये विलीन होऊ शकतात."

इलेक्ट्रॉन्स जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाने

हे पाहणे सोपे नाही.संशोधकांनी त्यांचे मायक्रोमॅग्नेट्स बर्लिनमधील BESSY II म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या 80m-रुंद डोनट-आकाराच्या सिंक्रोट्रॉनवर नेले, जेथे इलेक्ट्रॉन जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करत नाहीत तोपर्यंत ते प्रवेगित केले जातात.ते वेगवान इलेक्ट्रॉन नंतर अत्यंत तेजस्वी क्ष-किरण उत्सर्जित करतात.

फोल्वेन म्हणतात, “आम्ही हे क्ष-किरण घेतो आणि ते आमच्या सूक्ष्मदर्शकात प्रकाश म्हणून वापरतो.

इलेक्ट्रॉन दोन नॅनोसेकंदांनी विभक्त केलेल्या गुच्छांमध्ये सिंक्रोट्रॉनभोवती फिरत असल्यामुळे ते उत्सर्जित होणारे क्ष-किरण अचूक डाळींमध्ये येतात.

स्कॅनिंग ट्रान्समिशन एक्स-रे मायक्रोस्कोप, किंवा STXM, सामग्रीच्या चुंबकीय संरचनेचा स्नॅपशॉट तयार करण्यासाठी ते एक्स-रे घेते.हे स्नॅपशॉट एकत्र करून, संशोधक मूलत: मायक्रोमॅग्नेट कालांतराने कसे बदलतात हे दर्शविणारा चित्रपट तयार करू शकतात.

STXM च्या मदतीने, फोल्वेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या नाडीने त्यांच्या मायक्रोमॅग्नेट्सला त्रास दिला आणि डोमेनचा आकार बदलला आणि व्हर्टेक्स कोर मध्यभागी हलताना दिसला.

"तुमच्याकडे एक अतिशय लहान चुंबक आहे, आणि नंतर तुम्ही त्याला पुसून टाकता आणि ते पुन्हा स्थिर झाल्यावर त्याची प्रतिमा बनवण्याचा प्रयत्न करा," तो म्हणतो.नंतर, त्यांना मध्यभागी परत येताना दिसले—परंतु एका वळणाच्या मार्गाने, सरळ रेषेने नव्हे.

फोल्वेन म्हणतात, “हे एकप्रकारे मध्यभागी नृत्य करेल.

एक स्लिप आणि ते संपले

कारण ते एपिटॅक्सियल सामग्रीचा अभ्यास करतात, जे सब्सट्रेटच्या वर तयार केले जातात जे संशोधकांना सामग्रीचे गुणधर्म बदलू देतात, परंतु STXM मधील क्ष-किरण अवरोधित करतात.

NTNU NanoLab मध्ये काम करताना, संशोधकांनी त्यांच्या चुंबकीय गुणधर्मांचे संरक्षण करण्यासाठी कार्बनच्या थराखाली मायक्रोमॅग्नेट दफन करून सब्सट्रेटची समस्या सोडवली.

मग त्यांनी गॅलियम आयनच्या फोकस केलेल्या बीमने खाली असलेला थर काळजीपूर्वक आणि अचूकपणे कापला जोपर्यंत फक्त एक अतिशय पातळ थर शिल्लक राहत नाही.परिश्रमपूर्वक प्रक्रियेस प्रति नमुना आठ तास लागू शकतात - आणि एक स्लिप अप आपत्तीचे शब्दलेखन करू शकते.

“महत्त्वाची गोष्ट अशी आहे की, जर तुम्ही चुंबकत्वाचा नाश केला तर बर्लिनमध्ये बसण्यापूर्वी आम्हाला हे कळणार नाही,” तो म्हणतो."एकापेक्षा जास्त नमुने आणण्याची युक्ती अर्थातच आहे."

मूलभूत भौतिकशास्त्रापासून भविष्यातील उपकरणांपर्यंत

कृतज्ञतेने ते कार्य केले, आणि मायक्रोमॅग्नेटचे डोमेन कालांतराने कसे वाढतात आणि संकुचित होतात हे चार्ट करण्यासाठी टीमने त्यांचे काळजीपूर्वक तयार केलेले नमुने वापरले.कोणती शक्ती कामावर आहे हे चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी त्यांनी संगणक सिम्युलेशन देखील तयार केले.

मूलभूत भौतिकशास्त्राबद्दलचे आपले ज्ञान वाढवण्याबरोबरच, या लांबी आणि वेळेच्या स्केलवर चुंबकत्व कसे कार्य करते हे समजून घेणे भविष्यातील उपकरणे तयार करण्यासाठी उपयुक्त ठरू शकते.

डेटा स्टोरेजसाठी मॅग्नेटिझमचा वापर आधीच केला गेला आहे, परंतु संशोधक सध्या त्याचे आणखी शोषण करण्याचे मार्ग शोधत आहेत.व्हर्टेक्स कोर आणि मायक्रोमॅग्नेटच्या डोमेनचे चुंबकीय अभिमुखता, उदाहरणार्थ, 0s आणि 1s च्या स्वरूपात माहिती एन्कोड करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.

संशोधक आता हे कार्य अँटी-फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीसह पुनरावृत्ती करण्याचे लक्ष्य ठेवत आहेत, जेथे वैयक्तिक चुंबकीय क्षणांचा निव्वळ प्रभाव रद्द होतो.कॉम्प्युटिंगच्या बाबतीत हे आश्वासक आहेत-सिद्धांतात, अँटी-फेरोमॅग्नेटिक मटेरिअलचा वापर अशी उपकरणे बनवण्यासाठी केला जाऊ शकतो ज्यांना कमी उर्जेची आवश्यकता असते आणि वीज गेली तरीही स्थिर राहते-परंतु तपास करणे खूप अवघड आहे कारण ते तयार केलेले सिग्नल खूपच कमकुवत असतील. .

हे आव्हान असूनही फोल्वेन आशावादी आहे.ते म्हणतात, “आम्ही नमुने बनवू शकतो आणि क्ष-किरणांनी ते पाहू शकतो हे दाखवून आम्ही पहिले मैदान कव्हर केले आहे.”“आम्ही अँटी-फेरोमॅग्नेटिक मटेरियलमधून पुरेसे सिग्नल मिळवण्यासाठी पुरेशा उच्च गुणवत्तेचे नमुने बनवू शकतो की नाही हे पाहण्याची पुढील पायरी असेल.”