NTNU'dan araştırmacılar, son derece parlak X-ışınlarının yardımıyla filmler oluşturarak küçük ölçeklerdeki manyetik malzemelere ışık tutuyor.
NTNU'nun Elektronik Sistemler Bölümü'ndeki oksit elektronik grubunun eş yöneticisi Erik Folven ve NTNU ile Belçika'daki Ghent Üniversitesi'nden meslektaşları, ince film mikromıknatısların dış manyetik alan tarafından rahatsız edildiğinde nasıl değiştiğini görmek için yola çıktılar.Kısmen NTNU Nano ve Norveç Araştırma Konseyi tarafından finanse edilen çalışma, Physical Review Research dergisinde yayınlandı.
Minik mıknatıslar
Einar Standal Digernes, deneylerde kullanılan küçük kare mıknatısları icat etti.
NTNU Ph.D. tarafından yaratılan minik kare mıknatıslar.Aday Einar Standal Digernes, yalnızca iki mikrometre genişliğindedir ve dört üçgen alana bölünmüştür; her biri, mıknatısların etrafında saat yönünde veya saat yönünün tersine işaret eden farklı bir manyetik yönelime sahiptir.
Bazı manyetik malzemelerde, daha küçük atom grupları, tüm elektronların aynı manyetik yönelime sahip olduğu alanlar adı verilen alanlar halinde bir araya gelir.
NTNU mıknatıslarında bu alanlar, manyetik momentin doğrudan malzeme düzleminin içine veya dışına işaret ettiği merkezi bir noktada (girdap çekirdeği) buluşur.
Folven, "Bir manyetik alan uyguladığımızda, bu alanların giderek daha fazlası aynı yöne işaret edecek" diyor."Büyüyebilirler, küçülebilirler ve sonra birbirleriyle birleşebilirler."
Elektronlar neredeyse ışık hızında
Bunun olduğunu görmek kolay değil.Araştırmacılar mikromıknatıslarını Berlin'deki BESSY II olarak bilinen, elektronların neredeyse ışık hızına ulaşana kadar hızlandırıldığı 80 metre genişliğinde halka şeklindeki senkrotron'a götürdüler.Bu hızlı hareket eden elektronlar daha sonra son derece parlak X-ışınları yayar.
Folven, "Bu X ışınlarını alıp mikroskobumuzda ışık olarak kullanıyoruz" diyor.
Elektronlar sinkrotronun etrafında iki nanosaniyelik aralıklarla demetler halinde dolaştıklarından, yaydıkları X ışınları hassas darbelerle gelir.
Taramalı iletim X-ışını mikroskobu veya STXM, malzemenin manyetik yapısının anlık görüntüsünü oluşturmak için bu X ışınlarını alır.Bu anlık görüntüleri bir araya getirerek araştırmacılar, mikromıknatısın zaman içinde nasıl değiştiğini gösteren bir film oluşturabilirler.
Folven ve meslektaşları, STXM'nin yardımıyla, manyetik alan oluşturan bir akım darbesiyle mikromıknatıslarını bozdular ve alanların şekil değiştirdiğini ve girdap çekirdeğinin merkezden hareket ettiğini gördüler.
"Elinizde çok küçük bir mıknatıs var ve sonra onu dürtüp tekrar yerleşirken onu görüntülemeye çalışıyorsunuz" diyor.Daha sonra çekirdeğin ortaya döndüğünü gördüler; ancak düz bir çizgi değil, dolambaçlı bir yol boyunca.
Folven, "Bir nevi merkeze doğru dans edecek" diyor.
Bir kayma ve bitti
Bunun nedeni, araştırmacıların malzemenin özelliklerini değiştirmesine olanak tanıyan, ancak bir STXM'deki X ışınlarını bloke eden bir alt tabakanın üzerinde oluşturulan epitaksiyel malzemeleri incelemeleridir.
NTNU NanoLab'da çalışan araştırmacılar, alt tabaka sorununu, manyetik özelliklerini korumak için mikromıknatıslarını bir karbon tabakasının altına gömerek çözdüler.
Daha sonra, odaklanmış bir galyum iyonu ışınıyla alttaki substratı yalnızca çok ince bir katman kalana kadar dikkatli ve hassas bir şekilde parçaladılar.Bu özenli süreç numune başına sekiz saat sürebilir ve tek bir hata felakete yol açabilir.
"Önemli olan şu ki, eğer manyetizmayı öldürürseniz Berlin'e oturmadan bunu bilemeyeceğiz" diyor."İşin püf noktası elbette birden fazla örnek getirmek."
Temel fizikten gelecekteki cihazlara
Neyse ki işe yaradı ve ekip, mikromıknatısın etki alanlarının zaman içinde nasıl büyüyüp küçüldüğünü grafiklemek için özenle hazırlanmış örneklerini kullandı.Ayrıca hangi kuvvetlerin etkili olduğunu daha iyi anlamak için bilgisayar simülasyonları da oluşturdular.
Temel fizik bilgimizi ilerletmenin yanı sıra, manyetizmanın bu uzunluk ve zaman ölçeklerinde nasıl çalıştığını anlamak, gelecekteki cihazların yaratılmasında yardımcı olabilir.
Manyetizma halihazırda veri depolama için kullanılıyor, ancak araştırmacılar şu anda bundan daha fazla yararlanmanın yollarını arıyor.Örneğin, girdap çekirdeğinin manyetik yönelimleri ve bir mikromıknatısın etki alanları, belki de 0'lar ve 1'ler biçimindeki bilgiyi kodlamak için kullanılabilir.
Araştırmacılar şimdi bu çalışmayı bireysel manyetik momentlerin net etkisinin ortadan kalktığı anti-ferromanyetik malzemelerle tekrarlamayı hedefliyor.Bilgisayar söz konusu olduğunda bunlar umut vericidir (teoride antiferromanyetik malzemeler, çok az enerji gerektiren ve güç kesildiğinde bile sabit kalan cihazlar yapmak için kullanılabilir), ancak ürettikleri sinyaller çok daha zayıf olacağından araştırılması çok daha zordur. .
Bu zorluğa rağmen Folven iyimser."Örnekler yapıp bunların içinden X-ışınları ile bakabileceğimizi göstererek ilk adımı atmış olduk" diyor."Bir sonraki adım, anti-ferromanyetik bir malzemeden yeterli sinyal almak için yeterince yüksek kalitede numuneler yapıp yapamayacağımızı görmek olacak."
Gönderim zamanı: Mayıs-10-2021