छोटे चुम्बकों की आंतरिक कार्यप्रणाली को देखने का एक नया तरीका

एनटीएनयू के शोधकर्ता कुछ बेहद चमकीले एक्स-रे की मदद से फिल्में बनाकर छोटे पैमाने पर चुंबकीय सामग्री पर प्रकाश डाल रहे हैं।

एनटीएनयू के इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम विभाग में ऑक्साइड इलेक्ट्रॉनिक्स समूह के सह-निदेशक एरिक फोल्वेन, और बेल्जियम में एनटीएनयू और गेन्ट विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने यह देखने के लिए निर्धारित किया कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से परेशान होने पर पतली-फिल्म माइक्रोमैग्नेट कैसे बदलते हैं।काम, आंशिक रूप से एनटीएनयू नैनो और नॉर्वे की रिसर्च काउंसिल द्वारा वित्त पोषित, जर्नल फिजिकल रिव्यू रिसर्च में प्रकाशित हुआ था।

छोटे चुम्बक

एइनर स्टैंडल डिगर्नेस ने प्रयोगों में प्रयुक्त छोटे वर्ग चुम्बकों का आविष्कार किया।

एनटीएनयू पीएच.डी. द्वारा निर्मित छोटे वर्गाकार चुम्बक।उम्मीदवार एइनर स्टैंडल डिगर्नेस, केवल दो माइक्रोमीटर चौड़े हैं और चार त्रिकोणीय डोमेन में विभाजित हैं, प्रत्येक में एक अलग चुंबकीय अभिविन्यास है जो मैग्नेट के चारों ओर दक्षिणावर्त या एंटी-क्लॉकवाइज इंगित करता है।

कुछचुंबकीयपदार्थोंमें,परमाणुओंकेछोटेसमूहडोमेन नामक क्षेत्रों में एक साथ बंधे होते हैं, जिसमें सभी इलेक्ट्रॉनों का चुंबकीय अभिविन्यास समान होता है।

एनटीएनयू मैग्नेट में, ये डोमेन एक केंद्रीय बिंदु पर मिलते हैं - भंवर कोर - जहां चुंबकीय क्षण सीधे सामग्री के विमान में या बाहर इंगित करता है।

"जब हम एक चुंबकीय क्षेत्र लागू करते हैं, तो इनमें से अधिक से अधिक डोमेन एक ही दिशा में इंगित करेंगे," फोल्वेन कहते हैं।"वे बढ़ सकते हैं और वे सिकुड़ सकते हैं, और फिर वे एक दूसरे में विलीन हो सकते हैं।"

प्रकाश की गति से लगभग इलेक्ट्रॉन

ऐसा होते देखना आसान नहीं है।शोधकर्ताओं ने अपने माइक्रोमैग्नेट को 80 मीटर चौड़े डोनट के आकार के सिंक्रोट्रॉन में ले लिया, जिसे बर्लिन में BESSY II के रूप में जाना जाता है, जहां इलेक्ट्रॉनों को तब तक त्वरित किया जाता है जब तक वे लगभग प्रकाश की गति से यात्रा नहीं कर रहे होते हैं।वे तेजी से चलने वाले इलेक्ट्रॉन तब अत्यंत उज्ज्वल एक्स-किरणों का उत्सर्जन करते हैं।

"हम इन एक्स-रे को लेते हैं और उन्हें हमारे माइक्रोस्कोप में प्रकाश के रूप में उपयोग करते हैं," फोल्वेन कहते हैं।

चूंकि इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन के चारों ओर दो नैनोसेकंड द्वारा अलग किए गए गुच्छों में यात्रा करते हैं, इसलिए वे जो एक्स-रे उत्सर्जित करते हैं, वे सटीक दालों में आते हैं।

एक स्कैनिंग ट्रांसमिशन एक्स-रे माइक्रोस्कोप, या एसटीएक्सएम, सामग्री की चुंबकीय संरचना का एक स्नैपशॉट बनाने के लिए उन एक्स-रे को लेता है।इन स्नैपशॉट्स को एक साथ जोड़कर, शोधकर्ता अनिवार्य रूप से एक फिल्म बना सकते हैं जिसमें दिखाया गया है कि माइक्रोमैग्नेट समय के साथ कैसे बदलता है।

एसटीएक्सएम की मदद से, फोल्वेन और उनके सहयोगियों ने अपने माइक्रोमैग्नेट को करंट की एक पल्स के साथ परेशान किया जिसने एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किया, और देखा कि डोमेन आकार बदलते हैं और केंद्र से भंवर कोर चलते हैं।

"आपके पास एक बहुत छोटा चुंबक है, और फिर आप इसे दबाते हैं और इसे फिर से बसने के रूप में इसे चित्रित करने का प्रयास करते हैं, " वे कहते हैं।बाद में, उन्होंने कोर को बीच में लौटते देखा- लेकिन एक घुमावदार रास्ते के साथ, सीधी रेखा नहीं।

"यह एक तरह से केंद्र में वापस नृत्य करेगा," फोल्वेन कहते हैं।

एक पर्ची और यह खत्म हो गया

ऐसा इसलिए है क्योंकि वे एपिटैक्सियल सामग्रियों का अध्ययन करते हैं, जो एक सब्सट्रेट के ऊपर बनाए जाते हैं जो शोधकर्ताओं को सामग्री के गुणों को बदलने की अनुमति देता है, लेकिन एक एसटीएक्सएम में एक्स-रे को अवरुद्ध कर देगा।

एनटीएनयू नैनोलैब में काम करते हुए, शोधकर्ताओं ने अपने चुंबकीय गुणों की रक्षा के लिए कार्बन की एक परत के नीचे अपने माइक्रोमैग्नेट को दफन करके सब्सट्रेट समस्या को हल किया।

फिर उन्होंने गैलियम आयनों के एक केंद्रित बीम के साथ सब्सट्रेट को सावधानीपूर्वक और सटीक रूप से हटा दिया जब तक कि केवल एक बहुत पतली परत न रह जाए।श्रमसाध्य प्रक्रिया में प्रति नमूना आठ घंटे लग सकते हैं - और एक स्लिप अप आपदा का कारण बन सकता है।

"महत्वपूर्ण बात यह है कि, यदि आप चुंबकत्व को मारते हैं, तो हम यह नहीं जान पाएंगे कि इससे पहले कि हम बर्लिन में बैठें," वे कहते हैं।"बेशक, एक से अधिक नमूने लाने के लिए चाल है।"

मौलिक भौतिकी से लेकर भविष्य के उपकरणों तक

शुक्र है कि इसने काम किया, और टीम ने सावधानीपूर्वक तैयार किए गए नमूनों का उपयोग यह चार्ट करने के लिए किया कि माइक्रोमैग्नेट के डोमेन कैसे बढ़ते हैं और समय के साथ सिकुड़ते हैं।उन्होंने यह समझने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन भी बनाए कि कौन सी ताकतें काम कर रही हैं।

मौलिक भौतिकी के बारे में हमारे ज्ञान को आगे बढ़ाने के साथ-साथ, यह समझना कि इन लंबाई और समय के पैमाने पर चुंबकत्व कैसे काम करता है, भविष्य के उपकरणों को बनाने में सहायक हो सकता है।

चुंबकत्व पहले से ही डेटा भंडारण के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन शोधकर्ता वर्तमान में इसका और अधिक दोहन करने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं।उदाहरण के लिए, भंवर कोर और एक माइक्रोमैग्नेट के डोमेन के चुंबकीय अभिविन्यास का उपयोग शायद 0s और 1s के रूप में जानकारी को एन्कोड करने के लिए किया जा सकता है।

शोधकर्ता अब इस काम को एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों के साथ दोहराने का लक्ष्य बना रहे हैं, जहां व्यक्तिगत चुंबकीय क्षणों का शुद्ध प्रभाव रद्द हो जाता है।जब कंप्यूटिंग की बात आती है तो ये आशाजनक होते हैं- सिद्धांत रूप में, एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों का उपयोग उन उपकरणों को बनाने के लिए किया जा सकता है जिनके लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है और बिजली खो जाने पर भी स्थिर रहती है- लेकिन जांच करने के लिए बहुत मुश्किल है क्योंकि वे जो सिग्नल उत्पन्न करते हैं वे बहुत कमजोर होंगे .

उस चुनौती के बावजूद, फोल्वेन आशावादी है।"हमने यह दिखा कर पहले मैदान को कवर किया है कि हम नमूने बना सकते हैं और एक्स-रे के साथ उनके माध्यम से देख सकते हैं," वे कहते हैं।"अगला कदम यह देखना होगा कि क्या हम एंटी-फेरोमैग्नेटिक सामग्री से पर्याप्त संकेत प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च गुणवत्ता के नमूने बना सकते हैं।"