NTNU тикшеренүчеләре бик якты рентген нурлары ярдәмендә фильмнар ясап, кечкенә масштабтагы магнит материалларына яктылык салалар.
NTNUның Электрон Системалар кафедрасындагы оксид электроникасы төркеменең директоры Эрик Фолвен һәм NTNU һәм Бельгиядәге Гент университеты хезмәттәшләре тышкы магнит кыры тәэсирендә юка пленкалы микромагнитларның ничек үзгәрүен тикшерергә керештеләр. NTNU Nano һәм Норвегиянең Тикшеренүләр Советы тарафыннан өлешчә финансланган бу эш Physical Review Research журналында басылып чыкты.
Кечкенә магнитлар
Эйнар Штандал Дигернес экспериментларда кулланылган кечкенә квадрат магнитларны уйлап тапкан.
NTNU фән докторы кандидаты Эйнар Стандал Дигернес тарафыннан булдырылган кечкенә квадрат магнитлар нибары ике микрометр киңлектә һәм дүрт өчпочмаклы өлкәгә бүленгән, һәрберсенең магнит ориентациясе сәгать теле юнәлешендә яки сәгать теле юнәлешенә каршы юнәлештә урнашкан.
Кайбер магнит материалларында атомнарның кечерәк төркемнәре доменнар дип аталган өлкәләргә берләшәләр, аларда барлык электроннар да бер үк магнит юнәлешенә ия.
NTNU магнитларында бу доменнар үзәк ноктада - вихрь үзәгендә - очрый, анда магнит моменты турыдан-туры материал яссылыгына яки тышына юнәлә.
"Магнит кырын кулланганда, бу доменнарның күбрәге бер үк юнәлешкә юнәләчәк", ди Фолвен. "Алар үсә һәм кечерәя ала, аннары бер-берсенә кушыла ала."
Электроннар яктылык тизлегендә диярлек
Моның булуын күрү җиңел түгел. Тикшеренүчеләр үзләренең микромагнитларын Берлиндагы BESSY II дип аталган 80 м киңлектәге пончик формасындагы синхротронга алып бардылар, анда электроннар яктылык тизлегендә хәрәкәт иткәнче тизләнә. Аннары бу тиз хәрәкәт итүче электроннар бик якты рентген нурлары чыгаралар.
«Без бу рентген нурларын алабыз һәм аларны микроскопыбызда яктылык буларак кулланабыз», - ди Фолвен.
Электроннар синхротрон тирәли ике наносекунд белән аерылган төркемнәрдә хәрәкәт иткәнлектән, алар чыгарган рентген нурлары төгәл импульслар рәвешендә килә.
Сканерлаучы трансмиссияле рентген микроскопы, яки STXM, бу рентген нурларын материалның магнит структурасының сурәтен ясау өчен ала. Бу сурәтләрне бергә җыйганнан соң, тикшеренүчеләр, нигездә, микромагнитның вакыт узу белән ничек үзгәрүен күрсәтүче фильм ясый алалар.
STXM ярдәмендә Фолвен һәм аның хезмәттәшләре үзләренең микромагнитларын магнит кыры барлыкка китергән ток импульсы белән борчыдылар, һәм доменнарның формасы үзгәрүен һәм вихрь үзәгенең үзәктән күчүен күрделәр.
«Сездә бик кечкенә магнит бар, аннары сез аны төртеп, аның кабат утыруын күз алдына китерергә тырышасыз», – ди ул. Аннары алар үзәкнең уртага кайтуын күрделәр – ләкин туры сызык буенча түгел, ә бормалы юл буйлап.
«Ул үзәккә биеп торачак», – ди Фолвен.
Бер тайпылыш һәм бетте
Чөнки алар эпитаксиаль материалларны өйрәнәләр, алар тикшеренүчеләргә материалның үзлекләрен үзгәртергә мөмкинлек бирә торган субстрат өстендә ясала, ләкин STXM'да рентген нурларын блоклый.
NTNU NanoLab'та эшләп, тикшеренүчеләр субстрат проблемасын чиштеләр, чөнки алар микромагнитның магнит үзлекләрен саклау өчен аны углерод катламы астына күмделәр.
Аннары алар галлий ионнарының фокусланган нуры белән астагы субстратны бик юка катлам калганчы җентекләп һәм төгәл итеп вакладылар. Бу катлаулы процесс бер үрнәк өчен сигез сәгать вакыт алырга мөмкин иде, һәм бер хата һәлакәткә китерергә мөмкин иде.
"Иң мөһиме шунда ки, әгәр сез магнетизмны бетерсәгез, без моны Берлинда утырганчы белмәячәкбез", - ди ул. "Әлбәттә, хәйлә шунда ки, бердән артык үрнәк алып килү кирәк."
Фундаменталь физикадан киләчәк җайланмаларына кадәр
Шөкер, бу эшләде, һәм команда микромагнитның доменнары вакыт узу белән ничек үсүен һәм кимүен күрсәтү өчен җентекләп әзерләнгән үрнәкләрне кулланды. Алар шулай ук нинди көчләр эшләвен яхшырак аңлау өчен компьютер симуляцияләрен дә булдырдылар.
Фундаменталь физика турындагы белемнәребезне арттырудан тыш, магнетизмның бу озынлык һәм вакыт масштабларында ничек эшләвен аңлау киләчәк җайланмалар булдыруда файдалы булырга мөмкин.
Магнетизм инде мәгълүмат саклау өчен кулланыла, ләкин тикшеренүчеләр хәзерге вакытта аны алга таба куллану юлларын эзлиләр. Мәсәлән, микромагнитның вихрь үзәгенең һәм доменнарының магнит ориентацияләре, бәлки, 0 һәм 1 формасындагы мәгълүматны кодлау өчен кулланылырга мөмкин.
Хәзер тикшеренүчеләр бу эшне антиферромагнит материаллар белән кабатларга омтыла, анда аерым магнит моментларының гомуми эффекты юкка чыга. Бу исәпләүләргә килгәндә өметле - теория буенча, антиферромагнит материаллар аз энергия таләп итә торган һәм электр энергиясе югалган очракта да тотрыклы кала торган җайланмалар ясау өчен кулланылырга мөмкин - ләкин аларны тикшерү күпкә катлаулырак, чөнки алар чыгарган сигналлар күпкә көчсезрәк булачак.
Бу кыенлыкка карамастан, Фолвен оптимистик карашта. "Без үрнәкләр ясый һәм аларны рентген нурлары белән карый алуыбызны күрсәтеп, беренче адымны ясадык", ди ул. "Киләсе адым - антиферромагнит материалдан җитәрлек сигнал алу өчен җитәрлек югары сыйфатлы үрнәкләр ясый алуыбызны карау булачак."
Бастырылган вакыты: 2021 елның 10 мае