Watafiti kutoka NTNU wanatoa mwanga juu ya vifaa vya sumaku kwenye mizani ndogo kwa kuunda sinema kwa msaada wa mionzi yenye kung'aa sana.
Erik Folven, mkurugenzi mwenza wa Kikundi cha Elektroniki cha Oxide katika Idara ya Mifumo ya Elektroniki ya NTNU, na wenzake kutoka NTNU na Chuo Kikuu cha Ghent huko Ubelgiji waliamua kuona jinsi micromagnets nyembamba zinabadilika wakati zinasumbuliwa na uwanja wa nje wa sumaku. Kazi hiyo, iliyofadhiliwa na NTNU Nano na Baraza la Utafiti la Norway, ilichapishwa katika jarida la Utafiti wa Mapitio ya Kimwili.
Sumaku ndogo
Einar Standal Digernes iligundua sumaku ndogo za mraba zinazotumiwa katika majaribio.
Sumaku ndogo za mraba, iliyoundwa na NTNU Ph.D. Mgombea Einar Standal digernes, ni micrometers mbili tu kwa upana na hugawanyika katika vikoa vinne vya pembe tatu, kila moja na mwelekeo tofauti wa sumaku unaoelekeza saa au anti-saa karibu na sumaku.
Katika vifaa fulani vya sumaku, vikundi vidogo vya atomi hufunga pamoja kwenye maeneo inayoitwa vikoa, ambayo elektroni zote zina mwelekeo sawa wa sumaku.
Katika sumaku za NTNU, vikoa hivi vinakutana katika sehemu ya kati - msingi wa vortex - ambapo wakati wa sumaku huelekeza moja kwa moja ndani au nje ya ndege ya nyenzo.
"Tunapotumia uwanja wa sumaku, zaidi na zaidi ya vikoa hivi vitaelekeza katika mwelekeo huo huo," anasema Folven. "Wanaweza kukua na wanaweza kupungua, halafu wanaweza kuungana."
Elektroni karibu kwa kasi ya mwanga
Kuona hii ikitokea sio rahisi. Watafiti walichukua micromagnets zao kwa synchrotron yenye umbo la donut 80m, inayojulikana kama Bessy II, huko Berlin, ambapo elektroni zinaharakishwa hadi wanasafiri karibu na kasi ya taa. Elektroni hizo zinazosonga kwa haraka kisha hutoa mionzi yenye kung'aa sana.
"Tunachukua mionzi hii na kuzitumia kama taa kwenye darubini yetu," anasema Folven.
Kwa sababu elektroni hutembea kuzunguka synchrotron katika vifungo vilivyotengwa na nanoseconds mbili, mionzi ya X wanatoa inakuja kwa njia sahihi.
Microscope ya maambukizi ya X-ray, au STXM, inachukua mionzi hiyo ya X kuunda picha ndogo ya muundo wa sumaku. Kwa kushona snapshots hizi pamoja, watafiti wanaweza kuunda sinema inayoonyesha jinsi micromagnet inabadilika kwa wakati.
Kwa msaada wa STXM, Folven na wenzake walisumbua micromagnets zao na mapigo ya sasa ambayo yalitoa uwanja wa sumaku, na kuona vikoa vinabadilika sura na msingi wa vortex kutoka katikati.
"Una sumaku ndogo sana, halafu unaituliza na kujaribu kuipiga picha wakati inakaa tena," anasema. Baadaye, waliona msingi unarudi katikati - lakini kwenye njia ya vilima, sio mstari wa moja kwa moja.
"Itakuwa aina ya kucheza nyuma," anasema Folven.
Slip moja na imekwisha
Hiyo ni kwa sababu wanasoma vifaa vya epitaxial, ambavyo huundwa juu ya substrate ambayo inaruhusu watafiti kutoa mali ya nyenzo, lakini ingezuia mionzi ya X katika STXM.
Kufanya kazi katika NTNU nanolab, watafiti walitatua shida ya substrate kwa kuzika micromagnet yao chini ya safu ya kaboni kulinda mali yake ya sumaku.
Halafu wao kwa uangalifu na kwa usahihi hutoka chini ya substrate chini na boriti iliyolenga ya galliamu hadi safu nyembamba tu iliyobaki. Mchakato wenye uchungu unaweza kuchukua masaa nane kwa kila sampuli -na kuteleza moja kunaweza kutamka msiba.
"Jambo la muhimu ni kwamba, ikiwa utaua sumaku, hatutajua kuwa kabla ya kukaa Berlin," anasema. "Ujanja ni kweli, kuleta mfano zaidi ya mmoja."
Kutoka kwa fizikia ya msingi hadi vifaa vya baadaye
Kwa kushukuru ilifanya kazi, na timu ilitumia sampuli zao zilizoandaliwa kwa uangalifu kuorodhesha jinsi vikoa vya micromagnet vinakua na kupungua kwa wakati. Pia waliunda simu za kompyuta ili kuelewa vyema nguvu gani zilikuwa kazini.
Pamoja na kukuza maarifa yetu ya fizikia ya msingi, kuelewa jinsi sumaku inavyofanya kazi kwa urefu huu na mizani ya wakati inaweza kuwa na msaada katika kuunda vifaa vya siku zijazo.
Magnetism tayari inatumika kwa uhifadhi wa data, lakini watafiti kwa sasa wanatafuta njia za kuitumia zaidi. Mwelekeo wa sumaku wa msingi wa vortex na vikoa vya micromagnet, kwa mfano, labda zinaweza kutumiwa kuweka habari kwa njia ya 0s na 1s.
Watafiti sasa wanakusudia kurudia kazi hii na vifaa vya kupambana na ferromagnetic, ambapo athari halisi ya wakati wa sumaku ya mtu binafsi inafuta. Hizi zinaahidi linapokuja suala la kompyuta-kwa nadharia, vifaa vya kupambana na Ferromagnetic vinaweza kutumiwa kutengeneza vifaa ambavyo vinahitaji nguvu kidogo na kubaki thabiti hata wakati nguvu imepotea-lakini ni gumu zaidi kuchunguza kwa sababu ishara wanazozalisha zitakuwa dhaifu sana.
Pamoja na changamoto hiyo, Folven ana matumaini. "Tumefunika ardhi ya kwanza kwa kuonyesha tunaweza kutengeneza sampuli na kuzitazama kwa mionzi ya X," anasema. "Hatua inayofuata itakuwa kuona ikiwa tunaweza kutengeneza sampuli za hali ya juu kupata ishara ya kutosha kutoka kwa nyenzo ya kupambana na Ferromagnetic."
Wakati wa chapisho: Mei-10-2021