చిన్న అయస్కాంతాల లోపలి పనితీరును చూడటానికి కొత్త మార్గం

NTNU నుండి పరిశోధకులు కొన్ని ప్రకాశవంతమైన ఎక్స్-కిరణాల సహాయంతో సినిమాలను సృష్టించడం ద్వారా చిన్న ప్రమాణాల వద్ద అయస్కాంత పదార్థాలపై వెలుగునిస్తున్నారు.

ఎన్‌టిఎన్‌యు యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్స్ విభాగంలో ఆక్సైడ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ గ్రూప్ సహ-దర్శకుడు ఎరిక్ ఫోల్వెన్, మరియు బెల్జియంలోని ఎన్‌టిఎన్‌యు మరియు ఘెంట్ విశ్వవిద్యాలయం నుండి వచ్చిన సహచరులు బయటి అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా చెదిరినప్పుడు సన్నని-ఫిల్మ్ మైక్రో అయస్కాంతాలు ఎలా మారుతాయో చూడటానికి బయలుదేరారు. NTNU నానో మరియు నార్వే యొక్క రీసెర్చ్ కౌన్సిల్ పాక్షికంగా నిధులు సమకూర్చిన ఈ రచన భౌతిక సమీక్ష పరిశోధన పత్రికలో ప్రచురించబడింది.

చిన్న అయస్కాంతాలు

ఐనార్ స్వతంత్ర డిగ్గెర్న్స్ ప్రయోగాలలో ఉపయోగించిన చిన్న చదరపు అయస్కాంతాలను కనుగొన్నారు.

చిన్న చదరపు అయస్కాంతాలు, NTNU Ph.D చే సృష్టించబడ్డాయి. అభ్యర్థి ఐనార్ స్వతంత్ర డిగెర్న్స్, కేవలం రెండు మైక్రోమీటర్ల వెడల్పు మరియు నాలుగు త్రిభుజాకార డొమైన్లుగా విభజించబడ్డాయి, ఒక్కొక్కటి వేరే అయస్కాంత ధోరణితో అయస్కాంతాల చుట్టూ సవ్యదిశలో లేదా యాంటీ-సవ్యదిశలో ఉంటుంది.

కొన్ని అయస్కాంత పదార్థాలలో, అణువుల యొక్క చిన్న సమూహాలు డొమైన్లు అని పిలువబడే ప్రాంతాలలోకి కలిసి ఉంటాయి, దీనిలో అన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఒకే అయస్కాంత ధోరణిని కలిగి ఉంటాయి.

NTNU అయస్కాంతాలలో, ఈ డొమైన్‌లు కేంద్ర బిందువు -సుడి కోర్ -ఇక్కడ కలుస్తాయి, ఇక్కడ అయస్కాంత క్షణం పదార్థం యొక్క విమానంలో నేరుగా లేదా వెలుపల ఉంటుంది.

"మేము ఒక అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని వర్తింపజేసినప్పుడు, ఈ డొమైన్‌లు ఎక్కువ అదే దిశలో ఉంటాయి" అని ఫోల్వెన్ చెప్పారు. "అవి పెరుగుతాయి మరియు అవి కుంచించుకుపోతాయి, ఆపై అవి ఒకదానికొకటి విలీనం అవుతాయి."

ఎలక్ట్రాన్లు దాదాపు కాంతి వేగంతో

ఇది జరగడం చూడటం అంత సులభం కాదు. పరిశోధకులు తమ మైక్రో అయస్కాంతాలను బెర్లిన్‌లో బెస్సీ II అని పిలువబడే 80 మీటర్ల-వెడల్పు గల డోనట్ ఆకారపు సింక్రోట్రోన్‌కు తీసుకువెళ్లారు, ఇక్కడ ఎలక్ట్రాన్లు కాంతి వేగంతో ప్రయాణించే వరకు ఎలక్ట్రాన్లు వేగవంతం అవుతాయి. వేగంగా కదిలే ఎలక్ట్రాన్లు చాలా ప్రకాశవంతమైన ఎక్స్-కిరణాలను విడుదల చేస్తాయి.

"మేము ఈ ఎక్స్-కిరణాలను తీసుకొని వాటిని మా సూక్ష్మదర్శినిలో కాంతిగా ఉపయోగిస్తాము" అని ఫోల్వెన్ చెప్పారు.

ఎలక్ట్రాన్లు సింక్రోట్రోన్ చుట్టూ రెండు నానోసెకన్లతో వేరు చేయబడిన పుష్పగుచ్ఛాలలో ప్రయాణిస్తున్నందున, అవి విడుదల చేసే ఎక్స్-కిరణాలు ఖచ్చితమైన పప్పులలో వస్తాయి.

స్కానింగ్ ట్రాన్స్మిషన్ ఎక్స్-రే మైక్రోస్కోప్, లేదా STXM, పదార్థం యొక్క అయస్కాంత నిర్మాణం యొక్క స్నాప్‌షాట్‌ను రూపొందించడానికి ఆ ఎక్స్-కిరణాలను తీసుకుంటుంది. ఈ స్నాప్‌షాట్‌లను కలిపి కుట్టడం ద్వారా, పరిశోధకులు తప్పనిసరిగా కాలక్రమేణా మైక్రో అయస్కాంతం ఎలా మారుతుందో చూపించే చలన చిత్రాన్ని సృష్టించవచ్చు.

STXM సహాయంతో, ఫోల్వెన్ మరియు అతని సహచరులు వారి మైక్రో అయస్కాంతాలను అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేసే కరెంట్ యొక్క పల్స్ తో భంగం చేసారు, మరియు డొమైన్లు ఆకారాన్ని మారుస్తాయి మరియు మధ్య నుండి వోర్టెక్స్ కోర్ కదలికను చూశారు.

"మీకు చాలా చిన్న అయస్కాంతం ఉంది, ఆపై మీరు దాన్ని గుచ్చుకుంటారు మరియు అది మళ్ళీ స్థిరపడినప్పుడు దానిని చిత్రించడానికి ప్రయత్నిస్తారు" అని ఆయన చెప్పారు. తరువాత, వారు కోర్ మధ్యలో తిరిగి రావడాన్ని చూశారు -కాని మూసివేసే మార్గం వెంట, సరళ రేఖ కాదు.

"ఇది తిరిగి కేంద్రానికి నృత్యం చేస్తుంది" అని ఫోల్వెన్ చెప్పారు.

ఒక స్లిప్ మరియు అది ముగిసింది

ఎందుకంటే వారు ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలను అధ్యయనం చేస్తారు, ఇవి ఒక ఉపరితలం పైన సృష్టించబడతాయి, ఇది పరిశోధకులను పదార్థం యొక్క లక్షణాలను సర్దుబాటు చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, కాని ఎక్స్-కిరణాలను STXM లో అడ్డుకుంటుంది.

NTNU నానోలాబ్‌లో పనిచేస్తున్న పరిశోధకులు దాని అయస్కాంత లక్షణాలను రక్షించడానికి కార్బన్ పొర కింద వారి మైక్రో అయస్కాంతాన్ని పాతిపెట్టడం ద్వారా ఉపరితల సమస్యను పరిష్కరించారు.

అప్పుడు వారు చాలా సన్నని పొర మాత్రమే మిగిలిపోయే వరకు వారు గల్లియం అయాన్ల ఫోకస్డ్ పుంజంతో కింద ఉన్న ఉపరితలాన్ని జాగ్రత్తగా మరియు ఖచ్చితంగా తొలగించారు. శ్రమతో కూడిన ప్రక్రియ ప్రతి నమూనాకు ఎనిమిది గంటలు పడుతుంది - మరియు ఒక స్లిప్ అప్ విపత్తును స్పెల్లింగ్ చేస్తుంది.

"క్లిష్టమైన విషయం ఏమిటంటే, మీరు అయస్కాంతత్వాన్ని చంపినట్లయితే, మేము బెర్లిన్‌లో కూర్చునే ముందు మాకు తెలియదు" అని ఆయన చెప్పారు. "ట్రిక్, ఒకటి కంటే ఎక్కువ నమూనాలను తీసుకురావడం."

ప్రాథమిక భౌతికశాస్త్రం నుండి భవిష్యత్ పరికరాల వరకు

కృతజ్ఞతగా ఇది పనిచేసింది, మరియు మైక్రో మాగ్నెట్ యొక్క డొమైన్లు కాలక్రమేణా ఎలా పెరుగుతాయి మరియు తగ్గిపోతాయో తెలుసుకోవడానికి బృందం వారి జాగ్రత్తగా తయారుచేసిన నమూనాలను ఉపయోగించింది. పనిలో ఉన్న శక్తులు ఏమిటో బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి వారు కంప్యూటర్ అనుకరణలను కూడా సృష్టించారు.

ప్రాథమిక భౌతికశాస్త్రం గురించి మన జ్ఞానాన్ని అభివృద్ధి చేయడంతో పాటు, ఈ పొడవు మరియు సమయ ప్రమాణాల వద్ద అయస్కాంతత్వం ఎలా పనిచేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం భవిష్యత్ పరికరాలను రూపొందించడంలో సహాయపడుతుంది.

డేటా నిల్వ కోసం మాగ్నెటిజం ఇప్పటికే ఉపయోగించబడింది, కాని పరిశోధకులు ప్రస్తుతం దీనిని మరింత దోపిడీ చేయడానికి మార్గాలను అన్వేషిస్తున్నారు. వోర్టెక్స్ కోర్ యొక్క అయస్కాంత ధోరణులు మరియు మైక్రో అయస్కాంతం యొక్క డొమైన్లు, ఉదాహరణకు, 0 సె మరియు 1 సె రూపంలో సమాచారాన్ని ఎన్కోడ్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

పరిశోధకులు ఇప్పుడు ఈ పనిని యాంటీ-ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలతో పునరావృతం చేయాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నారు, ఇక్కడ వ్యక్తిగత అయస్కాంత క్షణాల నికర ప్రభావం రద్దు అవుతుంది. కంప్యూటింగ్ విషయానికి వస్తే ఇవి ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి-సిద్ధాంతంలో, యాంటీ-ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలు తక్కువ శక్తి అవసరమయ్యే పరికరాలను తయారు చేయడానికి మరియు శక్తి పోగొట్టుకున్నప్పుడు కూడా స్థిరంగా ఉండటానికి ఉపయోగపడతాయి-కాని దర్యాప్తు చేయడానికి చాలా ఉపాయాలు ఎందుకంటే అవి ఉత్పత్తి చేసే సంకేతాలు చాలా బలహీనంగా ఉంటాయి.

ఆ సవాలు ఉన్నప్పటికీ, ఫోల్వెన్ ఆశాజనకంగా ఉంది. "మేము మొదటి మైదానాన్ని కవర్ చేసాము, మేము నమూనాలను తయారు చేయగలము మరియు వాటిని ఎక్స్-కిరణాలతో చూడవచ్చు" అని ఆయన చెప్పారు. "తరువాతి దశ ఏమిటంటే, యాంటీ-ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థం నుండి తగినంత సిగ్నల్ పొందడానికి మేము తగినంత అధిక నాణ్యత గల నమూనాలను తయారు చేయగలమా అని చూడటం."