Các nhà nghiên cứu từ NTNU đang làm sáng tỏ các vật liệu từ tính ở quy mô nhỏ bằng cách tạo ra phim với sự trợ giúp của một số tia X cực kỳ sáng.
Erik Folven, đồng giám đốc của Tập đoàn Điện tử Oxide tại Khoa Hệ thống Điện tử của NTNU và các đồng nghiệp từ Đại học NTNU và Ghent ở Bỉ bắt đầu để xem các micromagnets màng mỏng thay đổi như thế nào khi bị xáo trộn bởi một từ trường bên ngoài. Công trình, được tài trợ một phần bởi NTNU Nano và Hội đồng nghiên cứu của Na Uy, đã được công bố trên tạp chí Nghiên cứu đánh giá vật lý.
Nam châm nhỏ
Digernes độc lập Einar đã phát minh ra các nam châm vuông nhỏ được sử dụng trong các thí nghiệm.
Các nam châm vuông nhỏ, được tạo bởi NTNU Ph.D. Ứng cử viên Digernes độc lập Einar, chỉ rộng hai micromet và chia thành bốn miền tam giác, mỗi miền có hướng từ khác nhau chỉ theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ xung quanh nam châm.
Trong một số vật liệu từ tính, các nhóm nguyên tử nhỏ hơn kết hợp với nhau thành các khu vực được gọi là miền, trong đó tất cả các electron có cùng định hướng từ tính.
Trong nam châm NTNU, các miền này gặp nhau tại một điểm trung tâm, lõi xoáy, nơi có thời điểm từ tính trực tiếp vào hoặc ra khỏi mặt phẳng của vật liệu.
Khi chúng ta áp dụng một từ trường, ngày càng có nhiều tên miền này sẽ chỉ theo cùng một hướng, theo ông Folven. Họ có thể phát triển và họ có thể co lại, và sau đó họ có thể hợp nhất với nhau.
Electron gần như với tốc độ ánh sáng
Nhìn thấy điều này xảy ra không dễ dàng. Các nhà nghiên cứu đã đưa micromagnet của họ đến một synchrotron hình bánh rán rộng 80m, được gọi là Bessy II, ở Berlin, nơi các electron được tăng tốc cho đến khi chúng di chuyển với tốc độ ánh sáng gần như. Những electron chuyển động nhanh sau đó phát ra tia X cực kỳ sáng.
Chúng tôi lấy những tia X này và sử dụng chúng làm ánh sáng trong kính hiển vi của chúng tôi.
Bởi vì các electron di chuyển xung quanh synchrotron thành các bó được phân tách bằng hai nano giây, nên tia X mà chúng phát ra trong các xung chính xác.
Kính hiển vi X-Ray truyền quét, hoặc STXM, lấy những tia X đó để tạo ra một ảnh chụp nhanh về cấu trúc từ tính của vật liệu. Bằng cách ghép các ảnh chụp nhanh này lại với nhau, các nhà nghiên cứu về cơ bản có thể tạo ra một bộ phim cho thấy cách micromagnet thay đổi theo thời gian.
Với sự giúp đỡ của STXM, Folven và các đồng nghiệp đã làm xáo trộn micromagnet của họ với một xung của dòng điện tạo ra một từ trường, và thấy các miền thay đổi hình dạng và lõi xoáy di chuyển từ trung tâm.
Bạn có một nam châm rất nhỏ, và sau đó bạn chọc nó và cố gắng hình dung nó khi nó ổn định một lần nữa, anh nói. Sau đó, họ thấy lõi trở lại giữa giữa, nhưng dọc theo một con đường quanh co, không phải là một đường thẳng.
Đây sẽ là một điệu nhảy trở lại trung tâm.
Một cú trượt và nó đã kết thúc
Đó là bởi vì họ nghiên cứu các vật liệu epiticular, được tạo ra trên đầu cơ chất cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh các tính chất của vật liệu, nhưng sẽ chặn tia X trong STXM.
Làm việc tại NTNU Nanolab, các nhà nghiên cứu đã giải quyết vấn đề cơ chất bằng cách chôn micromagnet của họ dưới một lớp carbon để bảo vệ tính chất từ tính của nó.
Sau đó, họ cẩn thận và chính xác bị sứt mẻ chất nền bên dưới với một chùm ion gallium tập trung cho đến khi chỉ còn một lớp rất mỏng. Quá trình siêng năng có thể mất tám giờ cho mỗi mẫu và một lần trượt lên có thể đánh vần thảm họa.
Điều quan trọng là, nếu bạn giết từ tính, chúng ta sẽ không biết rằng trước khi chúng ta ngồi ở Berlin, anh ta nói. Tất nhiên, thủ thuật là để mang lại nhiều hơn một mẫu.
Từ vật lý cơ bản đến các thiết bị trong tương lai
Rất may, nó đã hoạt động, và nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mẫu được chuẩn bị cẩn thận của họ để vạch ra cách các miền của Micromagnet phát triển và thu nhỏ theo thời gian. Họ cũng tạo ra các mô phỏng máy tính để hiểu rõ hơn về những lực lượng nào đang hoạt động.
Cũng như nâng cao kiến thức của chúng tôi về vật lý cơ bản, hiểu cách từ tính hoạt động ở các thang đo thời gian và thời gian này có thể hữu ích trong việc tạo ra các thiết bị trong tương lai.
Từ tính đã được sử dụng để lưu trữ dữ liệu, nhưng các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách khai thác nó hơn nữa. Ví dụ, các hướng từ của lõi xoáy và miền của micromagnet, có lẽ có thể được sử dụng để mã hóa thông tin dưới dạng 0 và 1.
Các nhà nghiên cứu hiện đang nhắm đến việc lặp lại công việc này với các vật liệu chống phản xạ, trong đó hiệu ứng ròng của các khoảnh khắc từ tính riêng lẻ hủy bỏ. Đây là những điều hứa hẹn khi nói đến việc tính toán theo lý thuyết, các vật liệu chống thấm có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị cần ít năng lượng và vẫn ổn định ngay cả khi mất điện, nhưng điều tra hơn rất nhiều vì các tín hiệu chúng tạo ra sẽ yếu hơn nhiều.
Mặc dù thách thức đó, Folven là lạc quan. Chúng tôi đã đề cập đến mặt đất đầu tiên bằng cách hiển thị chúng tôi có thể tạo ra các mẫu và xem qua chúng bằng tia X, anh ấy nói. Bước tiếp theo sẽ là xem liệu chúng ta có thể tạo ra các mẫu có chất lượng đủ cao để có đủ tín hiệu từ vật liệu chống từ tính.
Thời gian đăng: Tháng 5-10-2021