NTNU'dan araştırmacılar, bazı son derece parlak X-ışınlarının yardımıyla filmler oluşturarak küçük ölçeklerde manyetik malzemelere ışık tutuyorlar.
NTNU Elektronik Sistemler Departmanında oksit elektronik grubunun eş direktörü Erik Folven ve Belçika'daki NTNU ve Ghent Üniversitesi'nden meslektaşları, bir dış manyetik alan tarafından bozulduğunda ince film mikromıknatısların nasıl değiştiğini görmek için yola çıktılar.Kısmen NTNU Nano ve Norveç Araştırma Konseyi tarafından finanse edilen çalışma, Physical Review Research dergisinde yayınlandı.
Minik mıknatıslar
Einar Standal Digernes, deneylerde kullanılan küçük kare mıknatısları icat etti.
NTNU Ph.D. tarafından oluşturulan küçük kare mıknatıslar.Einar Standal Digernes adayı, sadece iki mikrometre genişliğindedir ve her biri mıknatısların etrafında saat yönünde veya saat yönünün tersini gösteren farklı bir manyetik yönelime sahip dört üçgen alana bölünmüştür.
Bazı manyetik malzemelerde, daha küçük atom grupları, tüm elektronların aynı manyetik yönelime sahip olduğu, alan adı verilen alanlarda bir araya gelir.
NTNU mıknatıslarında, bu alanlar, manyetik momentin doğrudan malzeme düzleminin içine veya dışına işaret ettiği merkezi bir noktada - girdap çekirdeğinde - buluşur.
Folven, "Bir manyetik alan uyguladığımızda, bu alanların çoğu aynı yönü gösterecek" diyor."Büyüyebilirler ve küçülebilirler ve sonra birbirleriyle birleşebilirler."
Elektronlar neredeyse ışık hızında
Bunun olduğunu görmek kolay değil.Araştırmacılar mikromıknatıslarını Berlin'de BESSY II olarak bilinen 80 m genişliğinde halka şeklindeki bir senkrotrona götürdüler ve burada elektronlar neredeyse ışık hızında hareket edene kadar hızlandırıldı.Bu hızlı hareket eden elektronlar daha sonra son derece parlak X-ışınları yayar.
Folven, "Bu X-ışınlarını alıyoruz ve onları mikroskobumuzda ışık olarak kullanıyoruz" diyor.
Elektronlar, iki nanosaniye ile ayrılmış demetler halinde senkrotronun etrafında hareket ettiğinden, yaydıkları X-ışınları kesin darbeler halinde gelir.
Bir tarama iletimli X-ışını mikroskobu veya STXM, malzemenin manyetik yapısının bir anlık görüntüsünü oluşturmak için bu X-ışınlarını alır.Araştırmacılar, bu anlık görüntüleri bir araya getirerek mikromıknatısın zamanla nasıl değiştiğini gösteren bir film oluşturabilirler.
Folven ve meslektaşları, STXM'nin yardımıyla, bir manyetik alan oluşturan bir akım darbesiyle mikromıknatıslarını bozdular ve etki alanlarının şekil değiştirdiğini ve girdap çekirdeğinin merkezden hareket ettiğini gördüler.
”Çok küçük bir mıknatısınız var ve sonra onu dürterek yerine oturduğunda yeniden hayal etmeye çalışıyorsunuz” diyor.Daha sonra, çekirdeğin ortaya döndüğünü gördüler - ama düz bir çizgi değil, dolambaçlı bir yol boyunca.
Folven, “Bir nevi merkeze geri dönecek” diyor.
Bir kayma ve bitti
Bunun nedeni, araştırmacıların malzemenin özelliklerini değiştirmesine izin veren, ancak bir STXM'deki X-ışınlarını bloke eden bir alt tabakanın üzerinde oluşturulan epitaksiyel malzemeleri incelemeleridir.
NTNU NanoLab'da çalışan araştırmacılar, mikromıknatıslarını manyetik özelliklerini korumak için bir karbon tabakasının altına gömerek substrat problemini çözdüler.
Ardından, odaklanmış bir galyum iyonu demeti ile alttaki alt tabakayı, yalnızca çok ince bir tabaka kalana kadar dikkatli ve hassas bir şekilde ufaladılar.Özenli süreç numune başına sekiz saat sürebilir ve bir hata felaket anlamına gelebilir.
”Kritik olan şu ki, manyetizmayı öldürürseniz, Berlin'de oturmadan bunu bilemeyeceğiz” diyor.İşin püf noktası, elbette, birden fazla numune getirmektir."
Temel fizikten gelecekteki cihazlara
Neyse ki işe yaradı ve ekip, mikromıknatısın alanlarının zamanla nasıl büyüdüğünü ve küçüldüğünü grafiklendirmek için özenle hazırlanmış örneklerini kullandı.Ayrıca, hangi güçlerin iş başında olduğunu daha iyi anlamak için bilgisayar simülasyonları oluşturdular.
Temel fizik bilgimizi geliştirmenin yanı sıra, manyetizmanın bu uzunluk ve zaman ölçeklerinde nasıl çalıştığını anlamak, geleceğin cihazlarının yaratılmasında yardımcı olabilir.
Manyetizma zaten真实depolama icin kullanılı你,ancak araştırmacılar şu anda bundan daha fazla yararlanmanın yollarını arıyorlar.Örneğin, bir mikromıknatısın girdap çekirdeğinin ve etki alanlarının manyetik yönelimleri, belki de 0'lar ve 1'ler biçimindeki bilgileri kodlamak için kullanılabilir.
Araştırmacılar şimdi bu çalışmayı, bireysel manyetik momentlerin net etkisinin ortadan kalktığı anti-ferromanyetik malzemelerle tekrarlamayı hedefliyorlar.Hesaplama söz konusu olduğunda bunlar umut vericidir -teoride, az enerji gerektiren ve güç kesildiğinde bile sabit kalan cihazları yapmak için anti-ferromanyetik malzemeler kullanılabilir- ancak ürettikleri sinyaller çok daha zayıf olacağından araştırmak çok daha zor olacaktır. .
Bu zorluğa rağmen Folven iyimser.“Örnekler yapabileceğimizi ve X ışınlarıyla inceleyebileceğimizi göstererek ilk adımı attık” diyor."Bir sonraki adım, bir anti-ferromanyetik malzemeden yeterli sinyal almak için yeterince yüksek kalitede örnekler yapıp yapamayacağımızı görmek olacak."
Gönderim zamanı: Mayıs-10-2021