Studiuesit nga NTNU po hedhin dritë mbi materialet magnetike në shkallë të vogla duke krijuar filma me ndihmën e disa rrezeve X jashtëzakonisht të ndritshme.
Erik Folven, bashkëdrejtor i Grupit të Elektronikës së Oksidit në Departamentin e Sistemeve Elektronike të NTNU, dhe kolegët nga Universiteti NTNU dhe Ghent në Belgjikë u nisën për të parë sesi ndryshojnë mikromagnetë me film të hollë kur shqetësohen nga një fushë magnetike e jashtme. Puna, e financuar pjesërisht nga NTNU Nano dhe Këshilli i Kërkimit i Norvegjisë, u botua në revistën Fizike Review Research.
Magnet të vegjël
Digernes Einar Standal shpikën magnet e vogla katrore të përdorura në eksperimente.
Magnetët e vegjël katrorë, të krijuara nga NTNU Ph.D. Kandidati Einar Digernes Standal, janë vetëm dy mikrometra të gjerë dhe të ndarë në katër fusha trekëndore, secila me një orientim magnetik të ndryshëm duke treguar në drejtim të akrepave të orës ose anti-akrepave të sahatit përreth magnet.
Në disa materiale magnetike, grupe më të vogla të atomeve bashkohen në zona të quajtura fusha, në të cilat të gjitha elektronet kanë të njëjtin orientim magnetik.
Në magnet NTNU, këto fusha takohen në një pikë qendrore - thelbi i vorbullës - ku momenti magnetik tregon drejtpërdrejt brenda ose jashtë rrafshit të materialit.
"Kur aplikojmë një fushë magnetike, gjithnjë e më shumë nga këto fusha do të tregojnë në të njëjtin drejtim," thotë Folven. "Ata mund të rriten dhe ata mund të zvogëlohen, dhe pastaj mund të bashkohen në njëri -tjetrin."
Elektronet pothuajse me shpejtësinë e dritës
Të shohësh këtë të ndodhë nuk është e lehtë. Studiuesit i morën mikromagnetet e tyre në një sinkrotron në formë 80 metra të gjerë, të njohur si Bessy II, në Berlin, ku elektronet përshpejtohen derisa të udhëtojnë pothuajse me shpejtësinë e dritës. Ato elektrone që lëvizin me shpejtësi pastaj lëshojnë rreze X jashtëzakonisht të ndritshme.
"Ne i marrim këto rreze X dhe i përdorim ato si dritë në mikroskopin tonë," thotë Folven.
Për shkak se elektronet udhëtojnë rreth sinkrotronit në tufa të ndara nga dy nanosekonda, rrezet X që lëshojnë vijnë në pulsione të sakta.
Një mikroskop me rreze X të transmetimit skanimi, ose STXM, merr ato rreze X për të krijuar një fotografi të strukturës magnetike të materialit. Duke qepur këto fotografi së bashku, studiuesit në thelb mund të krijojnë një film që tregon se si ndryshon mikromagnet me kalimin e kohës.
Me ndihmën e STXM, Folven dhe kolegët e tij shqetësuan mikromagnetet e tyre me një puls të rrymës që gjeneroi një fushë magnetike, dhe pa që fushat të ndryshonin formën dhe bërthama e vorbullës lëviz nga qendra.
"Ju keni një magnet shumë të vogël, dhe pastaj ju e vendosni atë dhe përpiqeni ta imitoni ndërsa vendoset përsëri," thotë ai. Pas kësaj, ata panë që thelbi të kthehej në mes - por përgjatë një shtegu dredha -dredha, jo një vijë të drejtë.
"Do të kthehet në qendër," thotë Folven.
Një rrëshqitje dhe ka mbaruar
Kjo për shkak se ata studiojnë materiale epitaksiale, të cilat janë krijuar në krye të një substrati që lejon studiuesit të shkulin vetitë e materialit, por do të bllokonin rrezet X në një STXM.
Duke punuar në NTNU Nanolab, studiuesit zgjidhën problemin e substratit duke varrosur mikromagnet e tyre nën një shtresë karboni për të mbrojtur vetitë e tij magnetike.
Pastaj ata me kujdes dhe saktësisht copëtuan substratin nën një rreze të përqendruar të joneve të galiumit derisa të mbetej vetëm një shtresë shumë e hollë. Procesi i dhimbjes mund të zgjasë tetë orë në mostër - dhe një rrëshqitje mund të shkaktojë fatkeqësi.
"Gjëja kritike është se, nëse e vret magnetizmin, ne nuk do ta dimë se para se të ulemi në Berlin," thotë ai. "Mashtrim është, natyrisht, për të sjellë më shumë se një mostër."
Nga fizika themelore tek pajisjet e ardhshme
Fatmirësisht ajo funksionoi, dhe ekipi përdori mostrat e tyre të përgatitura me kujdes për të përcaktuar se si fushat e mikromagnet rriten dhe zvogëlohen me kalimin e kohës. Ata gjithashtu krijuan simulime kompjuterike për të kuptuar më mirë se cilat forca ishin në punë.
Si dhe avancimin e njohurive tona për fizikën themelore, të kuptuarit se si funksionon magnetizmi në këto shkallë të gjatësisë dhe kohës mund të jetë e dobishme në krijimin e pajisjeve të ardhshme.
Magnetizmi është përdorur tashmë për ruajtjen e të dhënave, por studiuesit aktualisht janë duke kërkuar mënyra për ta shfrytëzuar atë më tej. Orientimet magnetike të bërthamës së vorbullës dhe fushat e një mikromagneti, për shembull, ndoshta mund të përdoren për të koduar informacionin në formën e 0 dhe 1s.
Studiuesit tani synojnë të përsërisin këtë punë me materiale anti-feromagnetike, ku efekti neto i momenteve magnetike individuale anulon. Këto janë premtuese kur bëhet fjalë për llogaritjen-në teori, materialet anti-feromagnetike mund të përdoren për të bërë pajisje që kërkojnë pak energji dhe të mbeten të qëndrueshme edhe kur energjia humbet-por shumë më e ndërlikuar për të hetuar sepse sinjalet që prodhojnë do të jenë shumë më të dobëta.
Përkundër asaj sfide, Folven është optimist. "Ne kemi mbuluar tokën e parë duke treguar se mund të bëjmë mostra dhe t'i shikojmë nëpër to me rreze X," thotë ai. "Hapi tjetër do të jetë të shohim nëse ne mund të bëjmë mostra me cilësi mjaft të lartë për të marrë sinjal të mjaftueshëm nga një material anti-feromagnetik."
Koha e postimit: maj-10-2021