Para peneliti dari NTNU menyoroti materi magnetik dalam skala kecil dengan membuat film dengan bantuan beberapa sinar-X yang sangat terang.
Erik Folven, co-direktur grup elektronik oksida di Departemen Sistem Elektronik NTNU, dan rekan dari NTNU dan Universitas Ghent di Belgia berangkat untuk melihat bagaimana mikromagnet film tipis berubah ketika diganggu oleh medan magnet luar.Karya tersebut, yang sebagian didanai oleh NTNU Nano dan Dewan Riset Norwegia, diterbitkan dalam jurnal Physical Review Research.
magnet kecil
Einar Standal Digernes menemukan magnet persegi kecil yang digunakan dalam percobaan.
Magnet persegi kecil, dibuat oleh NTNU Ph.D.kandidat Einar Standal Digernes, lebarnya hanya dua mikrometer dan dibagi menjadi empat domain segitiga, masing-masing dengan orientasi magnet yang berbeda menunjuk searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam di sekitar magnet.
Dalam bahan magnetik tertentu, kelompok atom yang lebih kecil bersatu menjadi area yang disebut domain, di mana semua elektron memiliki orientasi magnetik yang sama.
Dalam magnet NTNU, domain-domain ini bertemu di titik pusat—inti pusaran—di mana momen magnetik menunjuk langsung ke dalam atau ke luar bidang material.
“Ketika北城menerapkan棉兰磁铁,semakin banyak domain ini akan mengarah ke arah yang sama,” kata Folven."Mereka bisa tumbuh dan mereka bisa menyusut, dan kemudian mereka bisa bergabung menjadi satu sama lain."
Elektron hampir dengan kecepatan cahaya
Melihat ini terjadi tidak mudah.Para peneliti membawa mikromagnet mereka ke sinkrotron berbentuk donat selebar 80m, yang dikenal sebagai BESSY II, di Berlin, di mana elektron dipercepat hingga mereka bergerak hampir dengan kecepatan cahaya.Elektron yang bergerak cepat itu kemudian memancarkan sinar-X yang sangat terang.
“Kami mengambil sinar-X ini dan menggunakannya sebagai cahaya di mikroskop kami,” kata Folven.
Karena elektron bergerak di sekitar sinkrotron dalam kelompok yang dipisahkan oleh dua nanodetik, sinar-X yang mereka pancarkan datang dalam pulsa yang tepat.
Mikroskop sinar-X transmisi pemindaian, atau STXM, mengambil sinar-X tersebut untuk membuat potret struktur magnetik material.Dengan menyatukan foto-foto ini, para peneliti pada dasarnya dapat membuat film yang menunjukkan bagaimana mikromagnet berubah dari waktu ke waktu.
Dengan bantuan STXM, Folven dan rekan-rekannya mengganggu mikromagnet mereka dengan pulsa arus yang menghasilkan medan magnet, dan melihat domain berubah bentuk dan inti pusaran bergerak dari pusat.
“Anda memiliki magnet yang sangat kecil, lalu Anda menyodoknya dan mencoba membayangkannya saat ia mengendap lagi,” katanya.Setelah itu, mereka melihat inti kembali ke tengah — tetapi di sepanjang jalan berliku, bukan garis lurus.
“Ini akan seperti menari kembali ke tengah,” kata Folven.
Satu slip dan selesai
Itu karena mereka mempelajari bahan epitaxial, yang dibuat di atas substrat yang memungkinkan peneliti untuk mengubah sifat material, tetapi akan memblokir sinar-X di STXM.
Bekerja di NTNU NanoLab, para peneliti memecahkan masalah substrat dengan mengubur mikromagnet mereka di bawah lapisan karbon untuk melindungi sifat magnetiknya.
Kemudian mereka dengan hati-hati dan tepat memotong substrat di bawahnya dengan sinar terfokus ion galium sampai hanya lapisan yang sangat tipis yang tersisa.Proses yang melelahkan bisa memakan waktu delapan jam per sampel—dan satu kesalahan bisa berarti bencana.
"Yang penting adalah, jika Anda membunuh magnetisme, kita tidak akan tahu itu sebelum kita duduk di Berlin," katanya.“Triknya, tentu saja, membawa lebih dari satu sampel.”
Dari fisika dasar hingga perangkat masa depan
Untungnya itu berhasil, dan tim menggunakan sampel yang disiapkan dengan hati-hati untuk memetakan bagaimana domain mikromagnet tumbuh dan menyusut dari waktu ke waktu.Mereka juga menciptakan simulasi komputer untuk lebih memahami kekuatan apa yang sedang bekerja.
Selain memajukan pengetahuan kita tentang fisika dasar, memahami cara kerja magnetisme pada skala panjang dan waktu ini dapat membantu dalam menciptakan perangkat masa depan.
Magnetisme sudah digunakan untuk penyimpanan data, tetapi para peneliti saat ini sedang mencari cara untuk memanfaatkannya lebih jauh.Orientasi magnetik inti pusaran dan domain mikromagnet, misalnya, mungkin dapat digunakan untuk mengkodekan informasi dalam bentuk 0s dan 1s.
Para peneliti sekarang bertujuan untuk mengulangi pekerjaan ini dengan bahan anti-ferromagnetik, di mana efek bersih dari momen magnetik individu dibatalkan.Ini menjanjikan dalam hal komputasi — secara teori, bahan anti-ferromagnetik dapat digunakan untuk membuat perangkat yang membutuhkan sedikit energi dan tetap stabil bahkan ketika daya terputus — tetapi jauh lebih sulit untuk diselidiki karena sinyal yang mereka hasilkan akan jauh lebih lemah .
Terlepas dari tantangan itu, Folven optimis.“Kami telah membahas dasar pertama dengan menunjukkan bahwa kami dapat membuat sampel dan memeriksanya dengan sinar-X,” katanya.“Langkah selanjutnya adalah melihat apakah kami dapat membuat sampel dengan kualitas yang cukup tinggi untuk mendapatkan sinyal yang cukup dari bahan anti-ferromagnetik.”
Waktu posting: 10 Mei-2021