NTNU'dan araştırmacılar, son derece parlak röntgenler yardımıyla filmler oluşturarak küçük ölçeklerde manyetik malzemelere ışık tutuyorlar.
NTNU Elektronik Sistemler Departmanı Oksit Elektronik Grubunun ortak direktörü Erik Folven ve NTNU ve Belçika'daki Ghent Üniversitesi'nden meslektaşları, dış manyetik alan tarafından rahatsız edildiğinde ince film mikromanyetlerinin ne kadar değiştiğini görmek için yola çıktı. Kısmen NTNU Nano ve Norveç Araştırma Konseyi tarafından finanse edilen çalışma, Fiziksel İnceleme Araştırmaları dergisinde yayınlandı.
Küçük mıknatıslar
Einar Standal Digernes, deneylerde kullanılan küçük kare mıknatısları icat etti.
NTNU Ph.D. tarafından oluşturulan küçük kare mıknatıslar Aday Einar Standal Digernes, sadece iki mikrometre genişliğindedir ve her biri mıknatısların etrafında saat yönünün tersine veya saat yönünün tersine farklı bir manyetik yönüne sahip dört üçgen alana ayrılır.
Bazı manyetik malzemelerde, daha küçük atom grupları, tüm elektronların aynı manyetik yönüne sahip olduğu alan adı verilen alanlara bantlar.
NTNU mıknatıslarında, bu alanlar manyetik momentin doğrudan malzemenin düzlemine veya dışına işaret ettiği merkezi bir noktada - girdap çekirdeği - toplanır.
Folven, “Manyetik bir alan uyguladığımızda, bu alanların giderek daha fazlası aynı yöne işaret edecek” diyor. “Büyüyebilirler ve küçülebilirler ve sonra birbirleriyle birleşebilirler.”
Elektronlar neredeyse ışık hızında
Bunun gerçekleşmesini görmek kolay değil. Araştırmacılar, mikromanyetlerini Berlin'de Bessy II olarak bilinen 80m genişliğinde çörek şeklindeki bir senkrotrona götürdüler, burada elektronlar neredeyse ışık hızında seyahat edene kadar hızlandırıldı. Hızlı hareket eden elektronlar daha sonra son derece parlak röntgen yayar.
Folven, “Bu röntgenleri alıp mikroskopumuzdaki ışık olarak kullanıyoruz” diyor.
Elektronlar iki nanosaniye ile ayrılmış demetlerde senkrotronun etrafında hareket ettiğinden, yaydıkları röntgenler hassas darbelerle gelir.
Bir tarama şanzımanı X-ışını mikroskobu veya STXM, malzemenin manyetik yapısının bir anlık görüntüsünü oluşturmak için bu röntgenleri alır. Bu anlık görüntüleri bir araya getirerek, araştırmacılar esasen mikromanyetin zaman içinde nasıl değiştiğini gösteren bir film oluşturabilirler.
STXM'nin yardımıyla Folven ve meslektaşları, mikromanyetlerini manyetik bir alan üreten bir akım nabzı ile rahatsız ettiler ve alanların şeklini ve girdap çekirdeğinin merkezden hareket ettiğini gördüler.
“Çok küçük bir mıknatısınız var ve sonra dürtüyorsunuz ve tekrar yerleşirken görüntülemeye çalışıyorsunuz” diyor. Daha sonra, çekirdeğin ortaya döndüğünü gördüler - ama düz bir çizgi değil, sarma yolu boyunca.
Folven, “Bu bir tür merkeze dans edecek” diyor.
Bir kayma ve bitti
Bunun nedeni, araştırmacıların malzemenin özelliklerini değiştirmesine izin veren, ancak bir STXM'deki X-ışınlarını bloke edecek bir substratın üstünde oluşturulan epitaksiyal materyalleri incelemeleridir.
NTNU Nanolab'da çalışan araştırmacılar, manyetik özelliklerini korumak için mikromagnetlerini bir karbon tabakası altına gömerek substrat problemini çözdüler.
Daha sonra, sadece çok ince bir tabaka kalana kadar substratı, alt tabakayı odaklanmış bir galyum iyon ışını ile dikkatli ve hassas bir şekilde yontulurlar. Özenli süreç numune başına sekiz saat sürebilir ve bir kayma felaketi heceleyebilir.
“Kritik olan şey, eğer manyetizmayı öldürürseniz, Berlin'de oturmadan önce bilemeyiz” diyor. “İşin püf noktası, elbette birden fazla örnek getirmek.”
Temel fizikten gelecekteki cihazlara kadar
Neyse ki işe yaradı ve ekip, mikromanyet alanlarının zamanla nasıl büyüdüğünü ve küçüldüğünü çizmek için dikkatlice hazırlanmış örneklerini kullandı. Ayrıca, güçlerin işte ne olduğunu daha iyi anlamak için bilgisayar simülasyonları yarattılar.
Temel fizik bilgimizi geliştirmenin yanı sıra, manyetizmin bu uzunluk ve zaman ölçeklerinde nasıl çalıştığını anlamak, gelecekteki cihazların oluşturulmasında yardımcı olabilir.
Manyetizma zaten veri depolama için kullanılmaktadır, ancak araştırmacılar şu anda bundan daha fazla yararlanmanın yollarını arıyorlar. Örneğin, bir mikromanyetin girdap çekirdeğinin ve alanlarının manyetik yönelimleri belki de bilgileri 0 ve 1 şeklinde kodlamak için kullanılabilir.
Araştırmacılar şimdi bu çalışmayı, bireysel manyetik momentlerin net etkisinin iptal edildiği ferromanyetik materyallerle tekrarlamayı hedefliyorlar. Bunlar bilgi işlem söz konusu olduğunda umut vericidir-teoride, ferromanyetik materyaller çok az enerji gerektiren ve güç kaybolduğunda bile sabit kalan cihazlar yapmak için kullanılabilir-ancak araştırılması çok daha zordur, çünkü ürettikleri sinyaller çok daha zayıf olacaktır.
Bu zorluğa rağmen Folven iyimser. “Örnekler yapabileceğimizi ve röntgenlerle bakabileceğimizi göstererek ilk zemini ele aldık” diyor. “Bir sonraki adım, bir anti-ferromanyetik materyalden yeterli sinyal almak için yeterince yüksek kaliteli örnekler yapıp yapamayacağımızı görmek olacak.”
Gönderme Zamanı: Mayıs-10-2021