Riċerkaturi minn NTNU qed jitfgħu dawl fuq materjali manjetiċi fuq skali żgħar billi joħolqu films bl-għajnuna ta 'xi raġġi-X estremament qawwijin.
Erik Folven, ko-direttur tal-grupp tal-elettronika tal-ossidu fid-Dipartiment tas-Sistemi Elettroniċi tal-NTNU, u kollegi mill-NTNU u l-Università ta 'Ghent fil-Belġju bdew jaraw kif il-mikrokalamiti b'film irqiq jinbidlu meta jiġu disturbati minn kamp manjetiku estern.Ix-xogħol, iffinanzjat parzjalment 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.kandidat Einar Standal Digernes, huma biss żewġ mikrometri wiesgħa u maqsuma f'erba 'dominji trijangolari, kull wieħed b'orjentazzjoni manjetika differenti tipponta lejn l-arloġġ jew kontra l-arloġġ madwar il-kalamiti.
F'ċerti materjali manjetiċi, gruppi iżgħar ta 'atomi jingħaqdu flimkien f'żoni msejħa oqsma, li fihom l-elettroni kollha għandhom l-istess orjentazzjoni manjetika.
Fil-kalamiti NTNU, dawn id-dominji 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 se jippuntaw fl-istess direzzjoni," jgħid Folven."Jistgħu jikbru u jistgħu jiċkienu, u mbagħad jistgħu jingħaqdu ma' xulxin."
Elettroni kważi fil-veloċità tad-dawl
Li tara dan iseħħ mhux faċli.Ir-riċerkaturi ħadu l-mikrokalamiti tagħhom għal sinkrotron b’forma ta’ donut ta’ 80m wiesa’, magħruf bħala BESSY II, f’Berlin, fejn l-elettroni jiġu aċċellerati sakemm ikunu qed jivvjaġġaw kważi bil-veloċità tad-dawl.Dawk l-elettroni li jiċċaqilqu malajr imbagħad jarmu raġġi X estremament qawwijin.
"Nieħdu dawn ir-raġġi X u nużawhom bħala d-dawl fil-mikroskopju tagħna," jgħid Folven.
Minħabba li l-elettroni jivvjaġġaw madwar is-sinkrotron f'għenieqed separati b'żewġ nanosekondi, ir-raġġi-X li jarmu jiġu f'impulsi preċiżi.
Mikroskopju tar-raġġi-X tat-trażmissjoni tal-iskannjar, jew STXM, jieħu dawk ir-raġġi-X biex joħloq stampa tal-istruttura manjetika tal-materjal.Billi jgħaqqdu dawn l-istampar flimkien, ir-riċerkaturi jistgħu essenzjalment joħolqu film li juri kif il-mikromanjet jinbidel maż-żmien.
Bl-għajnuna ta 'l-STXM, Folven u l-kollegi tiegħu disturbaw il-mikrokalamiti tagħhom b'polz ta' kurrent li ġġenera kamp manjetiku, u raw id-dominji jbiddlu l-forma u l-qalba tal-vortiċi timxi miċ-ċentru.
"Għandek kalamita żgħira ħafna, u mbagħad tpoġġiha u tipprova tixbiha hekk kif terġa 'tissetilja," jgħid.Wara, raw il-qalba terġa’ lura għan-nofs—iżda tul mogħdija mdawra, mhux linja dritta.
"Se tip ta 'żfin lura lejn iċ-ċentru," jgħid Folven.
Slip wieħed u spiċċa
Dan għaliex jistudjaw materjali epitassjali, li huma maħluqa fuq sottostrat li jippermetti lir-riċerkaturi jtejbu l-proprjetajiet tal-materjal, iżda jimblokkaw ir-raġġi-X f'STXM.
Waqt li jaħdmu f'NTNU NanoLab, ir-riċerkaturi solvew il-problema tas-sottostrat billi difnu l-mikromanjet tagħhom taħt saff ta 'karbonju biex jipproteġu l-proprjetajiet manjetiċi tiegħu.
Imbagħad qatgħu bir-reqqa u preċiżament is-sottostrat ta 'taħt b'raġġ iffukat ta' joni tal-gallju sakemm baqa' biss saff irqiq ħafna.Il-proċess iebes jista 'jieħu tmien sigħat għal kull kampjun—u slip up wieħed jista' jfisser diżastru.
"Il-ħaġa kritika hija li, jekk toqtol il-manjetiżmu, ma nkunux nafu dan qabel ma noqogħdu 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 ppreparati bir-reqqa tagħhom biex ifassal kif l-oqsma tal-mikromanjet jikbru u jiċkienu maż-żmien.Huma ħolqu wkoll simulazzjonijiet bil-kompjuter biex jifhmu aħjar liema forzi kienu jaħdmu.
Minbarra li navvanzaw l-għarfien tagħna tal-fiżika fundamentali, il-fehim ta 'kif jaħdem il-manjetiżmu f'dawn l-iskali ta' tul u ħin jista 'jkun ta' għajnuna fil-ħolqien ta 'apparati futuri.
Il-manjetiżmu diġà jintuża għall-ħażna tad-dejta, iżda r-riċerkaturi bħalissa qed ifittxu modi biex jisfruttawha aktar.L-orjentazzjonijiet manjetiċi tal-qalba tal-vortiċi u d-dominji ta 'mikrokalamita, per eżempju, 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 isiru apparati li jeħtieġu ftit enerġija u jibqgħu stabbli anke meta tintilef l-enerġija — iżda ħafna aktar diffiċli biex jiġu investigati minħabba li s-sinjali li jipproduċu se jkunu ħafna aktar dgħajfa .
Minkejja dik l-isfida, Folven huwa ottimist."Aħna koprejna l-ewwel art billi wrejna li nistgħu nagħmlu kampjuni u nħarsu minnhom bir-raġġi-X," jgħid."Il-pass li jmiss se jkun li naraw jekk nistgħux nagħmlu kampjuni ta 'kwalità għolja biżżejjed biex niksbu biżżejjed sinjal minn materjal anti-ferromanjetiku."
Ħin tal-post: Mejju-10-2021