Дослідники з NTNU проливають світло на магнітні матеріали на невеликих масштабах, створюючи фільми за допомогою надзвичайно яскравих рентгенівських променів.
Ерік Фолвен, співрежисер групи Electronics Group на департаменті електронних систем NTNU, та колеги з NTNU та університету Гента в Бельгії вирішили побачити, як змінюються тонкі фільми мікромагнети, коли їх турбують зовнішнє магнітне поле. Робота, частково фінансується NTNU Nano та Радою досліджень Норвегії, була опублікована в журналі «Фізичний огляд».
Крихітні магніти
Ейнар Тонкі копалин винайшов крихітні квадратні магніти, що використовуються в експериментах.
Крихітні квадратні магніти, створені доктором наук NTNU Кандидат Ейнар Тондальний Digernes-це лише два мікрометри в ширину і розділений на чотири трикутні домени, кожен з яких має різну магнітну орієнтацію, спрямовану за годинниковою стрілкою або проти годинникової стрілки навколо магнітів.
У певних магнітних матеріалах менші групи атомів об'єднуються в області, звані доменами, в яких усі електрони мають однакову магнітну орієнтацію.
У магнітах NTNU ці домени зустрічаються в центральній точці - вихровому ядрі - де магнітний момент вказує безпосередньо в площину матеріалу або поза ним.
"Коли ми застосовуємо магнітне поле, все більше і більше цих доменів будуть вказувати в одному напрямку", - каже Фолвен. "Вони можуть рости, і вони можуть скорочуватися, і тоді вони можуть злитися один на одного".
Електрони майже зі швидкістю світла
Бачити, що це трапляється, непросто. Дослідники взяли свої мікромагнети до синхротрону у формі пончиків у формі 80 м, відомий як Bessy II, в Берліні, де електрони прискорюються, поки вони не подорожують майже зі швидкістю світла. Ці швидкоплинні електрони випромінюють надзвичайно яскраві рентгенівські промені.
"Ми беремо ці рентгенівські промені і використовуємо їх як світло в нашому мікроскопі",-каже Фолвен.
Оскільки електрони подорожують по синхротрону в пучках, розділених двома наносекундами, рентгенівські промені, які вони випромінюють, мають точні імпульси.
Сканування рентгенівського мікроскопа передач, або STXM, приймає ці рентгенівські промені, щоб створити знімку магнітної структури матеріалу. Звернувши ці знімки разом, дослідники можуть по суті створити фільм, що показує, як змінюється Micromagnet з часом.
За допомогою STXM Фолвен та його колеги порушили свої мікромагнети імпульсом струму, який генерував магнітне поле, і побачили, як домени змінюють форму, а вихрове ядро рухається від центру.
"У вас дуже маленький магніт, а потім ви проскакуєте його і намагаєтесь зобразити його, коли він знову осідає", - каже він. Після цього вони побачили, як серцево повертається до середини, але по звивистій стежці, а не прямою лінією.
"Це буде якось танцювати до центру", - каже Фолвен.
Один ковзання, і це закінчилося
Це тому, що вони вивчають епітаксіальні матеріали, які створюються поверх підкладки, що дозволяє дослідникам налаштувати властивості матеріалу, але блокує рентген в STXM.
Працюючи в нанолі NTNU, дослідники вирішили проблему субстрату, закопуючи свій мікромагніт під шаром вуглецю для захисту його магнітних властивостей.
Потім вони обережно і точно відколювали підкладку внизу з цілеспрямованим променем іонів галій, поки не залишиться лише дуже тонкий шар. Кропіткий процес може зайняти вісім годин на зразок - і один ковзання може писати катастрофу.
"Найважливіше в тому, що, якщо ви вб'єте магнетизм, ми не будемо знати, перш ніж сидіти в Берліні", - говорить він. "Трюк, звичайно, принести більше одного зразка".
Від фундаментальної фізики до майбутніх пристроїв
На щастя, це спрацювало, і команда використовувала свої ретельно підготовлені зразки, щоб скласти графік того, як зростають та скорочуються домени Micromagnet. Вони також створили комп'ютерні моделювання, щоб краще зрозуміти, які сили були на роботі.
Окрім того, щоб просунути наші знання про фундаментальну фізику, розуміння того, як магнетизм працює на цих масштабах тривалості та часу, може бути корисним у створенні майбутніх пристроїв.
Магнетизм вже використовується для зберігання даних, але в даний час дослідники шукають способи його використання. Наприклад, магнітні орієнтації ядра вихору та доменів мікромагніту можуть бути використані для кодування інформації у вигляді 0s та 1s.
Зараз дослідники прагнуть повторити цю роботу з анти-фериромагнітними матеріалами, де чистий ефект окремих магнітних моментів скасовує. Це багатообіцяючі, коли мова йде про обчислення-в теорії анти-фериромагнітні матеріали можуть бути використані для виготовлення пристроїв, які потребують мало енергії та залишаються стабільними, навіть коли потужність втрачається-але набагато складніше для дослідження, оскільки сигнали, які вони виробляють, будуть набагато слабкішими.
Незважаючи на цей виклик, Фолвен оптимістично. "Ми охопили перший ґрунт, показавши, що ми можемо зробити зразки і переглянути їх за допомогою рентгенівських променів",-говорить він. "Наступним кроком буде побачити, чи можемо ми зробити зразки достатньо високої якості, щоб отримати достатній сигнал від анти -ферромагнітного матеріалу".
Час посади:-10-2021 травня