Studiuesit nga NTNU po hedhin dritë mbi materialet magnetike në shkallë të vogël 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 NTNU dhe Universiteti i Ghentit në Belgjikë u nisën për të parë se si mikromagnetët e filmit të hollë ndryshojnë kur shqetësohen nga një fushë magnetike e jashtme.Puna, e financuar pjesërisht nga NTNU Nano dhe Këshilli Kërkimor i Norvegjisë, u botua në revistën Physical Review Research.
Magnet të vegjël
Einar Standal Digernes shpiku magnetët e vegjël katrorë të përdorur në eksperimente.
Magnetët e vegjël katrorë, të krijuar nga NTNU Ph.D.kandidati Einar Standal Digernes, janë vetëm dy mikrometra të gjerë dhe të ndarë në katër fusha trekëndore, secila me një orientim magnetik të ndryshëm që tregon në drejtim të akrepave të orës ose kundër akrepave të orës rreth magneteve.
Në disa materiale magnetike, grupe më të vogla atomesh bashkohen në zona të quajtura domene, në të cilat të gjitha elektronet kanë të njëjtin orientim magnetik.
Në magnetët NTNU, këto domene takohen në një pikë qendrore - bërthama e vorbullës - ku momenti magnetik tregon drejtpërdrejt ose jashtë rrafshit të materialit.
"Kur ne aplikojmë një fushë magnetike, gjithnjë e më shumë nga këto fusha do të drejtohen në të njëjtin drejtim," thotë Folven.“Ata mund të rriten dhe mund të tkurren, dhe më pas mund të bashkohen me njëri-tjetrin.”
Elektrone pothuajse me shpejtësinë e dritës
Të shohësh këtë të ndodhë nuk është e lehtë.Studiuesit i çuan mikromagnetët e tyre në një sinkrotron në formë donuti 80 metra të gjerë, i njohur si BESSY II, në Berlin, ku elektronet përshpejtohen derisa të udhëtojnë pothuajse me shpejtësinë e dritës.Ato elektrone që lëvizin shpejt lëshojnë më pas 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 ato lëshojnë vijnë në pulse të sakta.
Një mikroskop skanues me rreze X, ose STXM, merr ato rreze X për të krijuar një pamje të strukturës magnetike të materialit.Duke i bashkuar këto fotografi së bashku, studiuesit në thelb mund të krijojnë një film që tregon se si mikromagneti ndryshon me kalimin e kohës.
Me ndihmën e STXM, Folven dhe kolegët e tij shqetësonin mikromagnetët e tyre me një impuls rryme që gjeneroi një fushë magnetike dhe panë domenet të ndryshonin formën dhe bërthamën e vorbullës të lëvizte nga qendra.
"Ju keni një magnet shumë të vogël, dhe më pas e fusni dhe përpiqeni ta imagjinoni atë ndërsa vendoset përsëri," thotë ai.Më pas, ata panë që bërthama të kthehej në mes - por përgjatë një shtegu gjarpërues, jo një vijë të drejtë.
"Do të kërcejë përsëri në qendër," thotë Folven.
Një rrëshqitje dhe mbaroi
Kjo për shkak se ata studiojnë materialet epitaksiale, të cilat krijohen në majë të një nënshtrese që lejon studiuesit të ndryshojnë vetitë e materialit, por do të bllokonin rrezet X në një STXM.
Duke punuar në NTNU NanoLab, studiuesit zgjidhën problemin e substratit duke varrosur mikromagnetin e tyre nën një shtresë karboni për të mbrojtur vetitë e tij magnetike.
Më pas ata e këputën me kujdes dhe me saktësi substratin poshtë me një rreze të fokusuar të joneve të galiumit derisa mbeti vetëm një shtresë shumë e hollë.Procesi i mundimshëm mund të zgjasë tetë orë për mostër - dhe një rrëshqitje mund të sjellë katastrofë.
“Gjëja kritike është se, nëse e vrisni magnetizmin, ne nuk do ta dimë këtë para se të ulemi në Berlin,” thotë ai."Mashtrimi është, sigurisht, të sjellësh më shumë se një mostër."
Nga fizika themelore te pajisjet e ardhshme
Fatmirësisht funksionoi dhe ekipi përdori mostrat e tyre të përgatitura me kujdes për të përshkruar se si domenet e mikromagnetit rriten dhe tkurren me kalimin e kohës.Ata krijuan gjithashtu simulime kompjuterike për të kuptuar më mirë se cilat forca ishin në punë.
Përveç avancimit të njohurive tona për fizikën themelore, të kuptuarit se si funksionon magnetizmi në këto shkallë gjatësie dhe kohore mund të jetë e dobishme në krijimin e pajisjeve të ardhshme.
Magnetizmi tashmë përdoret për ruajtjen e të dhënave, por studiuesit aktualisht po kërkojnë mënyra për ta shfrytëzuar më tej.Orientimet magnetike të bërthamës së vorbullës dhe domeneve të një mikromagneti, për shembull, mund të përdoren ndoshta për të koduar informacionin në formën e 0s dhe 1s.
Studiuesit tani synojnë ta përsërisin këtë punë me materiale anti-ferromagnetike, ku efekti neto i momenteve magnetike individuale anulohet.Këto janë premtuese kur bëhet fjalë për llogaritjen - në teori, materialet anti-ferromagnetike mund të përdoren për të bërë pajisje që kërkojnë pak energji dhe mbeten të qëndrueshme edhe kur humbet energjia - por shumë më të vështira për t'u hetuar sepse sinjalet që prodhojnë do të jenë shumë më të dobëta .
Pavarësisht kësaj sfide, Folven është optimist."Ne kemi mbuluar terrenin e parë duke treguar se mund të bëjmë mostra dhe t'i shikojmë përmes tyre me rreze X," thotë ai."Hapi tjetër do të jetë të shohim nëse mund të bëjmë mostra me cilësi mjaft të lartë për të marrë sinjal të mjaftueshëm nga një material anti-ferromagnetik."
Koha e postimit: Maj-10-2021