NTNUの研究者は、いくつかの非常に明るいX線の助けを借りて映画を作成することにより、小規模で磁性材料に光を当てています。
NTNUの電子システム学部の酸化物エレクトロニクスグループの共同ディレクターであるErikFolvenと、NTNUおよびベルギーのゲント大学の同僚は、外部磁場によって妨害されたときに薄膜マイクロマグネットがどのように変化するかを見に着手しました。NTNU Nanoとノルウェー研究評議会によって部分的に資金提供されたこの研究は、ジャーナルPhysicalReviewResearchに掲載されました。
小さな磁石
Einar Standal Digernesは、実験で使用される小さな正方形の磁石を発明しました。
NTNU博士によって作成された小さな正方形の磁石。候補のEinarStandalDigernesは、幅がわずか2マイクロメートルで、4つの三角形のドメインに分割されており、それぞれが磁石の周りを時計回りまたは反時計回りに指す異なる磁気方向を持っています。
特定の磁性材料では、原子の小さなグループがドメインと呼ばれる領域に集まっており、すべての電子が同じ磁気配向を持っています。
NTNU磁石では、これらのドメインは中心点（渦コア）で交わり、磁気モーメントは材料の平面の内外を直接指します。
「磁場をかけると、これらのドメインの多くが同じ方向を向くようになります」とFolven氏は言います。「彼らは成長し、縮小することができ、それから彼らは互いに融合することができます。」
ほぼ光速の電子
これが起こるのを見るのは簡単ではありません。研究者たちは、マイクロマグネットをベルリンのBESSY IIとして知られる幅80mのドーナツ型シンクロトロンに持っていきました。そこでは、電子がほぼ光速で移動するまで加速されます。これらの動きの速い電子は、非常に明るいX線を放出します。
「私たちはこれらのX線を撮影し、顕微鏡の光として使用します」とFolven氏は言います。
電子は2ナノ秒離れた束でシンクロトロンの周りを移動するため,電子が放出するX線は正確なパルスで発生します。
走査型透過型X線顕微鏡（STXM）は、これらのX線を撮影して、材料の磁気構造のスナップショットを作成します。これらのスナップショットをつなぎ合わせることにより、研究者は基本的に、マイクロマグネットが時間の経過とともにどのように変化するかを示すムービーを作成できます。
STXMの助けを借りて、Folvenと彼の同僚は、磁場を生成する電流のパルスでマイクロマグネットを乱し、ドメインの形状が変化し、渦のコアが中心から移動するのを見ました。
「あなたは非常に小さな磁石を持っています、そしてそれからあなたはそれを突いて、それが再び落ち着くときにそれをイメージしようとします」と彼は言います。その後、彼らはコアが真ん中に戻るのを見ましたが、直線ではなく曲がりくねった道に沿っていました。
「それはセンターに戻って踊るようなものになるでしょう」とFolvenは言います。
1つのスリップとそれは終わった
これは、研究者が材料の特性を微調整できるようにする基板上に作成されたエピタキシャル材料を研究しているが、STXMではX線を遮断するためです。
NTNU NanoLabで働いていた研究者たちは、マイクロマグネットを炭素の層の下に埋めてその磁気特性を保護することにより、基板の問題を解決しました。
次に、非常に薄い層だけが残るまで、ガリウムイオンの集束ビームで下の基板を注意深く正確に削り取りました。骨の折れるプロセスは、サンプルごとに8時間かかる可能性があり、1回のスリップアップは災害を引き起こす可能性があります。
「重要なことは、あなたが磁力を殺した場合、私たちがベルリンに座る前にそれを知らないということです」と彼は言います。「もちろん、秘訣は複数のサンプルを持ってくることです。」
基本的な物理学から将来のデバイスまで
ありがたいことに、それは機能し、チームは慎重に準備されたサンプルを使用して、マイクロマグネットのドメインが時間の経過とともにどのように成長および縮小するかをグラフ化しました。彼らはまた、どのような力が働いているかをよりよく理解するためにコンピューターシミュレーションを作成しました。
基本的な物理学の知識を深めるだけでなく、これらの長さと時間スケールで磁性がどのように機能するかを理解することは、将来のデバイスを作成するのに役立つ可能性があります。
磁性はすでにデータストレージに使用されていますが、研究者は現在、磁性をさらに活用する方法を探しています。たとえば、渦コアとマイクロマグネットのドメインの磁気配向を使用して、情報を0と1の形式でエンコードすることができます。
研究者たちは現在、個々の磁気モーメントの正味の効果が相殺される反強磁性材料でこの作業を繰り返すことを目指しています。これらはコンピューティングに関しては有望です。理論的には、反強磁性材料を使用して、エネルギーをほとんど必要とせず、電力が失われた場合でも安定したデバイスを作成できますが、生成される信号がはるかに弱いため、調査は非常に困難です。 。
その挑戦にもかかわらず、Folvenは楽観的です。「私たちは、サンプルを作成し、X線でそれらを調べることができることを示すことによって、最初の地面をカバーしました」と彼は言います。「次のステップは、反強磁性体から十分な信号を取得するのに十分な高品質のサンプルを作成できるかどうかを確認することです。」
投稿時間：2021年5月10日