Pesquisadores da NTNU estão lançando luz sobre materiais magnéticos em pequenas escalas, criando filmes com a ajuda de alguns raios-X extremamente brilhantes.
Erik Folven, co-diretor do Grupo de Eletrônicos de Oxido do Departamento de Sistemas Eletrônicos da NTNU, e colegas da NTNU e da Universidade Ghent, na Bélgica, se propuseram a ver como os micromagnets de filme fino mudam quando perturbados por um campo magnético externo. O trabalho, parcialmente financiado pela NTNU Nano e pelo Conselho de Pesquisa da Noruega, foi publicado na revista Physical Review Research.
Ímãs minúsculos
Os díferos independentes de Einar inventaram os pequenos ímãs quadrados usados nos experimentos.
Os pequenos ímãs quadrados, criados pela NTNU Ph.D. O candidato Einar DiGernes Standal, tem apenas dois micrômetros de largura e se dividem em quatro domínios triangulares, cada um com uma orientação magnética diferente apontando no sentido horário ou anti-horário em torno dos ímãs.
Em certos materiais magnéticos, grupos menores de átomos se juntam em áreas chamadas domínios, nas quais todos os elétrons têm a mesma orientação magnética.
Nos ímãs ntnu, esses domínios se encontram em um ponto central - o núcleo do vórtice - onde o momento magnético aponta diretamente dentro ou fora do plano do material.
"Quando aplicamos um campo magnético, mais e mais desses domínios apontam na mesma direção", diz Folven. "Eles podem crescer e podem encolher, e então podem se fundir um ao outro."
Elétrons quase na velocidade da luz
Ver isso acontecer não é fácil. Os pesquisadores levaram seus micromagnetes para um síncrotron em forma de rosca de 80m de largura, conhecido como Bessy II, em Berlim, onde os elétrons são acelerados até que estejam viajando quase a velocidade da luz. Esses elétrons em movimento rápido emitem raios-X extremamente brilhantes.
"Nós pegamos esses raios-X e os usamos como a luz em nosso microscópio", diz Folven.
Como os elétrons viajam em torno do síncrotron em cachos separados por dois nanossegundos, os raios X que eles emitem vêm em pulsos precisos.
Um microscópio de transmissão de transmissão de varredura, ou STXM, leva esses raios-X para criar um instantâneo da estrutura magnética do material. Ao costurar esses instantâneos, os pesquisadores podem criar um filme mostrando como o micromagnet muda com o tempo.
Com a ajuda do STXM, Folven e seus colegas perturbaram seus microMagNets com um pulso de corrente que gerou um campo magnético e viu os domínios mudarem de forma e o núcleo do vórtice se movendo do centro.
"Você tem um ímã muito pequeno, e então cutuce e tenta imaginá -lo enquanto se instala novamente", diz ele. Depois, eles viram o núcleo retornar ao meio - mas ao longo de um caminho sinuoso, não uma linha reta.
"Isso meio que dançará de volta ao centro", diz Folven.
Um deslize e acabou
Isso ocorre porque eles estudam materiais epitaxiais, criados em cima de um substrato que permite que os pesquisadores ajustem as propriedades do material, mas bloqueariam os raios X em um STXM.
Trabalhando no NTNU Nanolab, os pesquisadores resolveram o problema do substrato, enterrando seu micromagnet sob uma camada de carbono para proteger suas propriedades magnéticas.
Em seguida, eles cuidadosamente e precisamente arrancaram o substrato embaixo com um feixe focado de íons de gálio até que apenas uma camada muito fina permanecesse. O processo meticuloso pode levar oito horas por amostra - e um deslize pode significar um desastre.
"O crítico é que, se você matar o magnetismo, não saberemos disso antes de sentarmos em Berlim", diz ele. "O truque é, é claro, trazer mais de uma amostra."
Da física fundamental a futuros dispositivos
Felizmente, funcionou, e a equipe usou suas amostras cuidadosamente preparadas para traçar como os domínios do micromagnet crescem e diminuem com o tempo. Eles também criaram simulações de computador para entender melhor o que as forças estavam em ação.
Além de promover nosso conhecimento da física fundamental, entender como o magnetismo funciona nessas escalas de comprimento e tempo pode ser útil na criação de futuros dispositivos.
O magnetismo já é usado para armazenamento de dados, mas os pesquisadores estão atualmente procurando maneiras de explorá -lo ainda mais. As orientações magnéticas do núcleo do vórtice e os domínios de um micromagnet, por exemplo, talvez possam ser usados para codificar informações na forma de 0s e 1s.
Os pesquisadores agora pretendem repetir esse trabalho com materiais anti-ferromagnéticos, onde o efeito líquido dos momentos magnéticos individuais cancela. Isso é promissor quando se trata de computação-na teoria, os materiais anti-ferromagnéticos podem ser usados para produzir dispositivos que requerem pouca energia e permanecem estáveis mesmo quando a energia é perdida-mas muito mais complicada de investigar porque os sinais que eles produzem serão muito mais fracos.
Apesar desse desafio, Folven é otimista. "Cobrimos o primeiro terreno, mostrando que podemos fazer amostras e examiná-las com raios-X", diz ele. "O próximo passo será ver se podemos criar amostras de qualidade suficientemente alta para obter sinal suficiente de um material anti-ferromagnético".
Hora de postagem: maio-10-2021