Riċerkaturi minn NTNU qed jitfgħu dawl fuq materjali manjetiċi fuq skali żgħar billi joħolqu films bl-għajnuna ta 'xi raġġi X estremament qawwi.
Erik Folven, ko-direttur tal-grupp elettroniku tal-ossidu fid-Dipartiment tas-Sistemi Elettroniċi ta 'NTNU, u kollegi mill-NTNU u l-Università ta' Ghent fil-Belġju stabbilixxew biex jaraw kif il-micromagnets tal-film irqiq jinbidlu meta jiġu mfixkla minn kamp manjetiku ta 'barra. Ix-xogħol, parzjalment iffinanzjat minn NTNU Nano u l-Kunsill tar-Riċerka tan-Norveġja, ġie ppubblikat fil-ġurnal Physical Review Research.
Kalamiti ċkejkna
Einar Standal Digernes ivvinta l-kalamiti kwadri ċkejkna użati fl-esperimenti.
Il-kalamiti kwadri ċkejkna, maħluqa minn NTNU Ph.D. Il-kandidat Einar Standal Digernes, huma biss żewġ mikrometri wiesgħa u maqsuma f'erba 'dominji trijangulari, kull wieħed b'orjentazzjoni manjetika differenti li tipponta lejn il-lemin jew kontra l-arloġġ madwar il-kalamiti.
F’ċerti materjali manjetiċi, gruppi iżgħar ta ’atomi jingħaqdu flimkien f’żoni msejħa dominji, li fihom l-elettroni kollha għandhom l-istess orjentazzjoni manjetika.
Fil-kalamiti NTNU, dawn l-oqsma jiltaqgħu f'punt ċentrali - il-qalba tal-vortiċi - fejn il-mument manjetiku jindika direttament ġewwa jew barra mill-pjan tal-materjal.
"Meta napplikaw kamp manjetiku, aktar u aktar minn dawn l-oqsma jindikaw fl-istess direzzjoni," jgħid Folven. "Jistgħu jikbru u jistgħu jonqsu, u allura jistgħu jingħaqdu ma 'xulxin."
Elettroni kważi bil-veloċità tad-dawl
Li tara dan iseħħ mhux faċli. Ir-riċerkaturi ħadu l-mikromagnets tagħhom għal synchrotron b'forma ta 'donut ta' 80m wiesgħa, magħrufa bħala Bessy II, f'Berlin, fejn l-elettroni jiġu aċċellerati sakemm ikunu qed jivvjaġġaw bi kważi l-veloċità tad-dawl. Dawk l-elettroni li jiċċaqilqu malajr imbagħad jarmu x-rays estremament qawwi.
"Aħna nieħdu dawn ix-x-rays u nużawhom bħala d-dawl fil-mikroskopju tagħna," jgħid Folven.
Minħabba li l-elettroni jivvjaġġaw madwar is-synchrotron fi għenieqed separati minn żewġ nanosekondi, ir-raġġi X li joħorġu jidħlu fil-pulsazzjonijiet preċiżi.
Mikroskopju tar-raġġi X ta 'trasmissjoni ta' skennjar, jew STXM, jieħu dawk ir-raġġi X biex joħloq stampa tal-istruttura manjetika tal-materjal. Billi jinħbew dawn is-snapshots flimkien, ir-riċerkaturi jistgħu essenzjalment joħolqu film li juri kif il-micromagnet jinbidel maż-żmien.
Bl-għajnuna tal-STXM, Folven u l-kollegi tiegħu ħarġu l-mikromagnets tagħhom b'puls ta 'kurrent li ġġenera kamp manjetiku, u raw id-dominji jibdlu l-forma u l-qalba tal-vortiċi tiċċaqlaq miċ-ċentru.
"Int għandek kalamita żgħira ħafna, u allura int pokeha u tipprova timmaġinaha hekk kif terġa 'toqgħod," jgħid. Wara, huma raw il-qalba tirritorna għan-nofs - iżda tul triq tal-istralċ, mhux linja dritta.
"Se tip ta 'żfin lura lejn iċ-ċentru," jgħid Folven.
Slip wieħed u spiċċa
Dan għax jistudjaw materjali epitassjali, li huma maħluqa fuq is-sottostrat li jippermetti lir-riċerkaturi biex tweak il-proprjetajiet tal-materjal, iżda li jimblokkaw ir-raġġi X fi STXM.
Ħidma fin-NTNU Nanolab, ir-riċerkaturi solvew il-problema tas-sottostrat billi jindifnu l-micromagnet tagħhom taħt saff ta 'karbonju biex jipproteġu l-proprjetajiet manjetiċi tiegħu.
Imbagħad huma mxarrba bir-reqqa u preċiżament is-sottostrat taħtha b'raġġ iffukat ta 'joni tal-gallium sakemm baqa' biss saff irqiq ħafna. Il-proċess iebes jista 'jieħu tmien sigħat għal kull kampjun - u wieħed jiżloq jista' jispeċifika diżastru.
"Il-ħaġa kritika hija li, jekk toqtol il-manjetiżmu, ma nkunux nafu li qabel ma niltaqgħu f'Berlin," jgħid. "Il-trick huwa, ovvjament, li ġġib aktar minn kampjun wieħed."
Mill-fiżika fundamentali għal apparati futuri
B’xorti tajba ħadem, u t-tim uża l-kampjuni tagħhom ippreparati bir-reqqa biex jiċċarġjaw kif id-dominji tal-Micromagnet jikbru u jiċkienu maż-żmien. Huma ħolqu wkoll simulazzjonijiet tal-kompjuter biex jifhmu aħjar liema forzi kienu fuq ix-xogħol.
Minbarra li navvanzaw l-għarfien tagħna tal-fiżika fundamentali, il-fehim kif il-manjetiżmu jaħdem f'dawn it-tul u l-iskali ta 'żmien jista' jkun ta 'għajnuna fil-ħolqien ta' apparati futuri.
Il-manjetiżmu huwa diġà użat għall-ħażna tad-dejta, iżda r-riċerkaturi bħalissa qed ifittxu modi kif jisfruttawha aktar. L-orjentazzjonijiet manjetiċi tal-qalba tal-vortiċi u l-oqsma ta 'micromagnet, pereżempju, forsi jistgħu jintużaw biex jikkodifikaw informazzjoni fil-forma ta' 0s u 1s.
Ir-riċerkaturi issa qed jimmiraw li jirrepetu dan ix-xogħol b'materjali anti-ferromanjetiċi, fejn l-effett nett tal-mumenti manjetiċi individwali jikkanċella. Dawn huma promettenti meta niġu għall-kompjuters - fit-teorija, materjali anti-ferromanjetiċi jistgħu jintużaw biex jagħmlu apparat li jeħtieġ ftit enerġija u jibqa 'stabbli anke meta l-enerġija tintilef - imma ħafna iktar delikata biex tinvestiga minħabba li s-sinjali li jipproduċu se jkunu ħafna iktar dgħajfa.
Minkejja dik l-isfida, Folven huwa ottimist. "Aħna koperti l-ewwel art billi nuru li nistgħu nagħmlu kampjuni u nħarsu permezz tagħhom bir-raġġi X," jgħid. "Il-pass li jmiss se jkun li naraw jekk nistgħux nagħmlu kampjuni ta 'kwalità għolja biżżejjed biex inwasslu biżżejjed sinjal minn materjal anti-ferromagnetiku."
Ħin ta 'wara: 10 ta' Mejju-2021