Истраживачи са НТНУ бацају светло на магнетне материјале у малим размерама стварајући филмове уз помоћ неких изузетно светлих рендгенских зрака.
Ерик Фолвен, ко-директор групе за оксидну електронику на Одељењу за електронске системе НТНУ-а, и колеге са НТНУ-а и Универзитета Гент у Белгији, кренули су да виде како се микромагнети танког филма мењају када их омета спољашње магнетно поље.Рад, који су делимично финансирали НТНУ Нано и Истраживачки савет Норвешке, објављен је у часопису Пхисицал Ревиев Ресеарцх.
Мали магнети
Еинар Стандал Дигернес је изумео мале квадратне магнете коришћене у експериментима.
Сићушни квадратни магнети, креирани од стране НТНУ Пх.Д.кандидата Еинар Стандал Дигернес, широка су само два микрометра и подељена на четири троугласта домена, од којих сваки има различиту магнетну оријентацију усмерену у смеру казаљке на сату или супротно од смера казаљке на сату око магнета.
У одређеним магнетним материјалима, мање групе атома се спајају у области које се називају домени, у којима сви електрони имају исту магнетну оријентацију.
У НТНУ магнетима, ови домени се сусрећу у централној тачки - вртложном језгру - где магнетни момент показује директно у или ван равни материјала.
„Када применимо магнетно поље, све више и више ових домена ће бити усмерено у истом правцу“, каже Фолвен."Они могу расти и могу се смањити, а онда се могу спојити једно у друго."
Електрони скоро брзином светлости
Видети да се ово дешава није лако.Истраживачи су своје микромагнете однели у синхротрон у облику крофне ширине 80 метара, познат као БЕССИ ИИ, у Берлину, где се електрони убрзавају док не путују скоро брзином светлости.Ти електрони који се брзо крећу тада емитују изузетно светле рендгенске зраке.
„Ми узимамо ове рендгенске зраке и користимо их као светло у нашем микроскопу“, каже Фолвен.
Пошто електрони путују око синхротрона у сноповима раздвојеним за две наносекунде, рендгенски зраци које емитују долазе у прецизним импулсима.
Скенирајући трансмисиони рендгенски микроскоп, или СТКСМ, узима те рендгенске зраке да би направио снимак магнетне структуре материјала.Спајајући ове снимке заједно, истраживачи могу у суштини да направе филм који показује како се микромагнет мења током времена.
Уз помоћ СТКСМ-а, Фолвен и његове колеге су узнемирили своје микромагнете импулсом струје који је створио магнетно поље и видели да домени мењају облик и да се језгро вртлога помера из центра.
„Имате веома мали магнет, а онда га прободете и покушате да га замислите како се поново слегне“, каже он.После су видели да се језгро враћа у средину - али дуж кривудаве стазе, а не праве линије.
„То ће некако плесати назад у центар“, каже Фолвен.
Један лапсус и готово
То је зато што проучавају епитаксијалне материјале, који се стварају на врху супстрата који омогућава истраживачима да подесе својства материјала, али би блокирали рендгенске зраке у СТКСМ.
Радећи у НТНУ НаноЛаб-у, истраживачи су решили проблем супстрата тако што су свој микромагнет закопали испод слоја угљеника како би заштитили његова магнетна својства.
Затим су пажљиво и прецизно откинули подлогу испод са фокусираним снопом јона галијума све док није остао само врло танак слој.Мукотрпан процес би могао да потраје осам сати по узорку - а један промашај би могао да доведе до катастрофе.
„Критична ствар је да, ако убијете магнетизам, то нећемо знати пре него што седнемо у Берлин“, каже он."Трик је, наравно, донети више од једног узорка."
Од фундаменталне физике до будућих уређаја
Срећом, то је функционисало, а тим је користио своје пажљиво припремљене узорке да прикаже како домени микромагнета расту и смањују се током времена.Такође су креирали компјутерске симулације како би боље разумели које су силе на делу.
Поред унапређења нашег знања о фундаменталној физици, разумевање како магнетизам функционише на овим дужинама и временским скалама може бити од помоћи у стварању будућих уређаја.
Магнетизам се већ користи за складиштење података, али истраживачи тренутно траже начине да га даље искористе.Магнетне оријентације језгра вртлога и домена микромагнета, на пример, могу се можда користити за кодирање информација у облику 0с и 1с.
Истраживачи сада имају за циљ да понове овај рад са анти-феромагнетним материјалима, где се нето ефекат појединачних магнетних момената поништава.Они су обећавајући када је у питању рачунарство — у теорији, анти-феромагнетни материјали би могли да се користе за прављење уређаја који захтевају мало енергије и који остају стабилни чак и када се енергија изгуби — али је много теже истражити јер ће сигнали које производе бити много слабији .
Упркос том изазову, Фолвен је оптимиста.„Покрили смо први терен тако што смо показали да можемо да направимо узорке и прегледамо их рендгенским зрацима“, каже он.„Следећи корак ће бити да видимо да ли можемо да направимо узорке довољно високог квалитета да добијемо довољно сигнала од анти-феромагнетног материјала.
Време поста: 10.05.2021