साना चुम्बकहरूको भित्री कार्यहरू हेर्ने नयाँ तरिका

NTNU का अनुसन्धानकर्ताहरूले केही अत्यन्तै चम्किलो एक्स-रेको मद्दतले चलचित्रहरू सिर्जना गरेर सानो स्केलमा चुम्बकीय सामग्रीहरूमा प्रकाश पारिरहेका छन्।

NTNU को इलेक्ट्रोनिक प्रणाली विभागका अक्साइड इलेक्ट्रोनिक्स समूहका सह-निर्देशक एरिक फोल्भेन र बेल्जियमको NTNU र गेन्ट विश्वविद्यालयका सहकर्मीहरू बाहिरी चुम्बकीय क्षेत्रबाट बाधा पुग्दा पातलो-फिल्म माइक्रोम्याग्नेटहरू कसरी परिवर्तन हुन्छन् भनेर हेर्न निस्के। NTNU नानो र नर्वे अनुसन्धान परिषद्द्वारा आंशिक रूपमा वित्त पोषित यो काम फिजिकल रिभ्यु रिसर्च जर्नलमा प्रकाशित भएको थियो।

साना चुम्बकहरू

प्रयोगहरूमा प्रयोग हुने साना वर्गाकार चुम्बकहरू आइनार स्ट्यान्डल डिगर्नेसले आविष्कार गरे।

NTNU पीएच.डी. उम्मेदवार Einar Standal Digernes द्वारा सिर्जना गरिएका साना वर्गाकार चुम्बकहरू केवल दुई माइक्रोमिटर चौडा छन् र चार त्रिकोणीय डोमेनमा विभाजित छन्, प्रत्येक चुम्बकको वरिपरि घडीको दिशामा वा घडीको विपरीत दिशामा फरक चुम्बकीय अभिविन्यासको साथ।

केही चुम्बकीय पदार्थहरूमा, परमाणुहरूको सानो समूह डोमेन भनिने क्षेत्रहरूमा एकसाथ बाँधिन्छ, जहाँ सबै इलेक्ट्रोनहरूको चुम्बकीय अभिविन्यास समान हुन्छ।

NTNU चुम्बकहरूमा, यी डोमेनहरू केन्द्रीय बिन्दुमा भेट्छन् - भोर्टेक्स कोर - जहाँ चुम्बकीय क्षणले सामग्रीको समतल भित्र वा बाहिर सिधै औंल्याउँछ।

"जब हामी चुम्बकीय क्षेत्र लागू गर्छौं, यी डोमेनहरू धेरै भन्दा धेरै एउटै दिशामा निर्देशित हुनेछन्," फोल्भेन भन्छन्। "तिनीहरू बढ्न सक्छन् र तिनीहरू संकुचित हुन सक्छन्, र त्यसपछि तिनीहरू एकअर्कामा मर्ज हुन सक्छन्।"

इलेक्ट्रोनहरू लगभग प्रकाशको गतिमा

यो भएको देख्नु सजिलो छैन। अनुसन्धानकर्ताहरूले आफ्ना माइक्रोम्याग्नेटहरूलाई बर्लिनमा रहेको ८० मिटर चौडा डोनट आकारको सिंक्रोट्रोनमा लगे, जसलाई BESSY II भनिन्छ, जहाँ इलेक्ट्रोनहरू प्रकाशको गतिमा यात्रा नगरेसम्म गतिमान हुन्छन्। ती द्रुत गतिमा चल्ने इलेक्ट्रोनहरूले त्यसपछि अत्यन्तै उज्ज्वल एक्स-रे उत्सर्जन गर्छन्।

"हामी यी एक्स-रेहरू लिन्छौं र हाम्रो माइक्रोस्कोपमा प्रकाशको रूपमा प्रयोग गर्छौं," फोल्भेन भन्छन्।

इलेक्ट्रोनहरू दुई न्यानोसेकेन्डले छुट्याएर सिंक्रोट्रोनको वरिपरि घुम्ने भएकाले, तिनीहरूले उत्सर्जन गर्ने एक्स-रेहरू सटीक पल्समा आउँछन्।

स्क्यानिङ ट्रान्समिसन एक्स-रे माइक्रोस्कोप, वा STXM, ले ती एक्स-रेहरूलाई सामग्रीको चुम्बकीय संरचनाको स्न्यापसट सिर्जना गर्न लिन्छ। यी स्न्यापसटहरूलाई एकसाथ सिलाई गरेर, अनुसन्धानकर्ताहरूले अनिवार्य रूपमा समयसँगै माइक्रोम्याग्नेट कसरी परिवर्तन हुन्छ भनेर देखाउने चलचित्र सिर्जना गर्न सक्छन्।

STXM को सहयोगमा, फोल्भेन र उनका सहकर्मीहरूले चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न गर्ने धारा प्रवाहको पल्सको साथ आफ्नो माइक्रोम्याग्नेटहरूलाई बाधा पुर्‍याए, र डोमेनहरूको आकार परिवर्तन भएको र भोर्टेक्स कोर केन्द्रबाट सरेको देखे।

"तपाईंसँग एउटा धेरै सानो चुम्बक छ, र त्यसपछि तपाईंले त्यसलाई घोच्नुहुन्छ र यो फेरि स्थिर हुँदा कल्पना गर्ने प्रयास गर्नुहुन्छ," उनी भन्छन्। पछि, तिनीहरूले कोरलाई बीचमा फर्किएको देखे - तर घुमाउरो बाटोमा, सीधा रेखामा होइन।

"यो एक प्रकारले केन्द्रमा फर्केर नाच्नेछ," फोल्भेन भन्छन्।

एउटा गल्ती र यो सकियो

किनभने तिनीहरूले एपिटेक्सियल सामग्रीहरूको अध्ययन गर्छन्, जुन सब्सट्रेटको माथि सिर्जना गरिन्छ जसले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई सामग्रीको गुणहरू ट्वीक गर्न अनुमति दिन्छ, तर STXM मा एक्स-रेहरूलाई रोक्छ।

NTNU NanoLab मा काम गर्दै, अनुसन्धानकर्ताहरूले यसको चुम्बकीय गुणहरू सुरक्षित गर्न कार्बनको तह मुनि आफ्नो माइक्रोम्याग्नेट गाडेर सब्सट्रेट समस्या समाधान गरे।

त्यसपछि तिनीहरूले ग्यालियम आयनहरूको केन्द्रित बीमले तलको सब्सट्रेटलाई सावधानीपूर्वक र सटीक रूपमा काटेर धेरै पातलो तह मात्र बाँकी रह्यो। यो मेहनती प्रक्रियामा प्रति नमूना आठ घण्टा लाग्न सक्छ - र एउटा गल्तीले विपत्तिको संकेत गर्न सक्छ।

"महत्वपूर्ण कुरा यो हो कि, यदि तपाईंले चुम्बकत्वलाई मार्नु भयो भने, हामी बर्लिनमा नबस्नु अघि हामीलाई त्यो थाहा हुनेछैन," उनी भन्छन्। "चाल भनेको, अवश्य पनि, एक भन्दा बढी नमूना ल्याउनु हो।"

आधारभूत भौतिकशास्त्रदेखि भविष्यका उपकरणहरूसम्म

खुसीको कुरा, यसले काम गर्‍यो, र टोलीले समयसँगै माइक्रोम्याग्नेटको डोमेन कसरी बढ्छ र संकुचित हुन्छ भनेर चार्ट गर्न सावधानीपूर्वक तयार पारिएका नमूनाहरू प्रयोग गर्‍यो। उनीहरूले कुन बलहरूले काम गरिरहेका छन् भनेर राम्रोसँग बुझ्न कम्प्युटर सिमुलेशनहरू पनि सिर्जना गरे।

आधारभूत भौतिकशास्त्रको हाम्रो ज्ञानलाई अगाडि बढाउनुका साथै, यी लम्बाइ र समय स्केलहरूमा चुम्बकत्वले कसरी काम गर्छ भनेर बुझ्नु भविष्यका उपकरणहरू सिर्जना गर्न उपयोगी हुन सक्छ।

चुम्बकत्व पहिले नै डेटा भण्डारणको लागि प्रयोग गरिँदै आएको छ, तर अनुसन्धानकर्ताहरूले हाल यसलाई थप शोषण गर्ने तरिकाहरू खोजिरहेका छन्। उदाहरणका लागि, भोर्टेक्स कोर र माइक्रोम्याग्नेटको डोमेनको चुम्बकीय अभिविन्यासलाई ० र १ को रूपमा जानकारी इन्कोड गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

अनुसन्धानकर्ताहरूले अब यो काम एन्टी-फेरोम्याग्नेटिक सामग्रीहरूसँग दोहोर्याउने लक्ष्य राखेका छन्, जहाँ व्यक्तिगत चुम्बकीय क्षणहरूको शुद्ध प्रभाव रद्द हुन्छ। कम्प्युटिङको कुरा गर्दा यी आशाजनक छन् - सिद्धान्तमा, एन्टी-फेरोम्याग्नेटिक सामग्रीहरू थोरै ऊर्जा चाहिने र शक्ति हराउँदा पनि स्थिर रहने उपकरणहरू बनाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ - तर अनुसन्धान गर्न धेरै गाह्रो छ किनभने तिनीहरूले उत्पादन गर्ने संकेतहरू धेरै कमजोर हुनेछन्।

त्यो चुनौतीको बावजुद, फोल्भेन आशावादी छन्। "हामीले नमूनाहरू बनाउन र एक्स-रे मार्फत हेर्न सक्छौं भनेर देखाएर पहिलो चरण पार गरिसकेका छौं," उनी भन्छन्। "अर्को चरण भनेको एन्टी-फेरोम्याग्नेटिक सामग्रीबाट पर्याप्त संकेत प्राप्त गर्न पर्याप्त उच्च गुणस्तरका नमूनाहरू बनाउन सक्छौं कि सक्दैनौं भनेर हेर्नु हुनेछ।"