የትናንሽ ማግኔቶችን ውስጣዊ አሠራር ለመመልከት አዲስ መንገድ

ከኤንቲኤንዩ የተውጣጡ ተመራማሪዎች እጅግ በጣም ደማቅ የሆኑ የኤክስሬይ ጨረሮችን በመጠቀም ፊልሞችን በመፍጠር በትናንሽ ሚዛን ላይ ባሉ መግነጢሳዊ ቁሶች ላይ ብርሃን እያፈሱ ነው።

በኤንቲኤንዩ የኤሌክትሮኒክስ ሲስተምስ ዲፓርትመንት የኦክሳይድ ኤሌክትሮኒክስ ቡድን ተባባሪ ዳይሬክተር የሆኑት ኤሪክ ፎልቨን እና ከቤልጂየም የኤንቲኤንዩ እና የጌንት ዩኒቨርሲቲ ባልደረቦች በውጭ መግነጢሳዊ መስክ ሲረበሹ ቀጭን ፊልም ማይክሮማግኔቶች እንዴት እንደሚለወጡ ለማየት ተነሱ። ይህ ሥራ በከፊል በኤንቲኤንዩ ናኖ እና በኖርዌይ የምርምር ምክር ቤት የገንዘብ ድጋፍ የተደረገለት ሲሆን በፊዚካል ሪቪው ሪሰርች ጆርናል ላይ ታትሟል።

ጥቃቅን ማግኔቶች

አይናር ስታንዳል ዲገርነስ በሙከራዎቹ ውስጥ ጥቅም ላይ የዋሉትን ትናንሽ ካሬ ማግኔቶችን ፈለሰፈ።

በኤንቲኤንዩ የዶክትሬት እጩ ኢናር ስታንዳል ዲገርነስ የተፈጠሩት ትናንሽ ካሬ ማግኔቶች ሁለት ማይክሮሜትሮች ስፋት ብቻ ያላቸው ሲሆን በአራት ባለ ሶስት ማዕዘን ጎራዎች የተከፈለ ሲሆን እያንዳንዳቸው በሰዓት አቅጣጫ ወይም በተቃራኒ ሰዓት አቅጣጫ የሚያመለክቱ የተለያዩ መግነጢሳዊ አቅጣጫዎች አሏቸው።

በተወሰኑ መግነጢሳዊ ቁሶች ውስጥ፣ ትናንሽ የአቶሞች ቡድኖች ሁሉም ኤሌክትሮኖች ተመሳሳይ መግነጢሳዊ አቅጣጫ ያላቸውባቸው ዶሜይንስ ተብለው ወደሚጠሩ አካባቢዎች ይጣመራሉ።

በNTNU ማግኔቶች ውስጥ፣ እነዚህ ጎራዎች በማዕከላዊ ነጥብ - የቮርቴክስ ኮር - ይገናኛሉ፣ እዚያም መግነጢሳዊው ቅጽበት በቀጥታ ወደ ቁሱ ወለል ውስጥ ወይም ወደ ውጭ ይጠቁማል።

“ማግኔቲክ መስክን ስንተገብር፣ ከእነዚህ ጎራዎች ውስጥ ብዙዎቹ ወደ አንድ አቅጣጫ ያመራሉ” ይላል ፎልቨን። “ሊያድጉና ሊቀንሱ ይችላሉ፣ ከዚያም እርስ በርስ ሊዋሃዱ ይችላሉ።”

ኤሌክትሮኖች በብርሃን ፍጥነት ማለት ይቻላል

ይህ ሲከሰት ማየት ቀላል አይደለም። ተመራማሪዎቹ ማይክሮማግኔቶቻቸውን በበርሊን ወደሚገኘው ቤሲ II በመባል ወደሚታወቀው 80 ሜትር ስፋት ያለው የዶናት ቅርጽ ያለው ሲንክሮትሮን ወስደውታል፤ እዚያም ኤሌክትሮኖች በብርሃን ፍጥነት እስኪጓዙ ድረስ ይጣደፋሉ። ከዚያም እነዚያ ፈጣን ኤሌክትሮኖች እጅግ በጣም ደማቅ የኤክስሬይ ጨረሮችን ያመነጫሉ።

“እነዚህን የኤክስሬይ ጨረሮች ወስደን በማይክሮስኮፕ ውስጥ እንደ ብርሃን እንጠቀምባቸዋለን” ይላል ፎልቨን።

ኤሌክትሮኖች በሁለት ናኖሰኮንዶች የተለዩ በቡድን ሆነው በሲንክሮትሮን ዙሪያ ስለሚጓዙ፣ የሚያወጡት ኤክስሬይ በትክክል ይመዘገባል።

የስካኒንግ ትራንስሚሽን ኤክስሬይ ማይክሮስኮፕ ወይም STXM እነዚያን ኤክስሬይዎች የቁሳቁሱን መግነጢሳዊ መዋቅር ቅጽበታዊ ገጽ እይታ ለመፍጠር ይወስዳቸዋል። ተመራማሪዎቹ እነዚህን ቅጽበታዊ ገጽ እይታዎች አንድ ላይ በማገጣጠም ማይክሮማግኔቱ በጊዜ ሂደት እንዴት እንደሚለወጥ የሚያሳይ ፊልም መፍጠር ይችላሉ።

በSTXM እገዛ፣ ፎልቨን እና ባልደረቦቹ መግነጢሳዊ መስክ በሚፈጥር የጅረት ግፊት ማይክሮማግኔቶቻቸውን አወኩ፣ እናም ጎራዎቹ ቅርጻቸውን ሲቀይሩ እና የሽክርክሪት ኮር ከመሃል ሲንቀሳቀሱ ተመለከቱ።

“በጣም ትንሽ ማግኔት አለህ፣ ከዚያም ትወጋዋለህ እና እንደገና ሲረጋጋ በምስል ለማየት ትሞክራለህ” ይላል። ከዚያ በኋላ፣ ዋናው ክፍል ወደ መሃል ሲመለስ አዩ - ነገር ግን ቀጥ ባለ መስመር ሳይሆን ጠመዝማዛ መንገድ ላይ።

«ወደ መሃል ይመለሳል» ይላል ፎልቨን።

አንድ ተንሸራታች እና ያበቃል

ይህ የሆነበት ምክንያት ተመራማሪዎች የቁሳቁሱን ባህሪያት እንዲያስተካክሉ በሚያስችል ነገር ግን በSTXM ውስጥ ያለውን የኤክስሬይ መጠን የሚገድቡ በንጣፍ ላይ የተፈጠሩትን የኤፒታክሲያል ቁሳቁሶችን ስለሚያጠኑ ነው።

ተመራማሪዎቹ በNTNU NanoLab ውስጥ ሲሰሩ፣ ማይክሮማግኔታቸውን በካርቦን ሽፋን ስር በመቅበር መግነጢሳዊ ባህሪያቱን ለመጠበቅ የንጥረ-ነገር ችግሩን ፈትተዋል።

ከዚያም በጣም ቀጭን ሽፋን ብቻ እስኪቀር ድረስ ከሥሩ ያለውን ንጣፍ በጥንቃቄ እና በትክክል በጋሊየም አየኖች ጨረር ቆራረጡት። አድካሚው ሂደት በአንድ ናሙና ስምንት ሰዓታት ሊወስድ ይችላል - እና አንድ መንሸራተት አደጋ ሊያስከትል ይችላል።

«ወሳኙ ነገር ማግኔቲዝምን ብትገድሉ፣ በርሊን ውስጥ ከመቀመጣችን በፊት ያንን አናውቅም» ይላል። «ዘዴው በእርግጥ ከአንድ በላይ ናሙና ማምጣት ነው።»

ከመሠረታዊ ፊዚክስ እስከ የወደፊት መሳሪያዎች

እንደ እድል ሆኖ ውጤታማ ነበር፣ ቡድኑም በጥንቃቄ የተዘጋጁ ናሙናዎቻቸውን በመጠቀም የማይክሮማግኔት ጎራዎች በጊዜ ሂደት እንዴት እንደሚያድጉ እና እንደሚቀነሱ ገምግሟል። እንዲሁም በስራ ላይ ያሉ ኃይሎች ምን እንደሆኑ በተሻለ ሁኔታ ለመረዳት የኮምፒውተር ማስመሰያዎችን ፈጥረዋል።

ስለ መሰረታዊ ፊዚክስ ያለንን እውቀት ከማሳደግ በተጨማሪ፣ በእነዚህ የጊዜ እና የጊዜ መለኪያዎች ማግኔቲዝም እንዴት እንደሚሰራ መረዳት የወደፊት መሳሪያዎችን ለመፍጠር ጠቃሚ ሊሆን ይችላል።

ማግኔቲዝም ለውሂብ ማከማቻነት ጥቅም ላይ ውሏል፣ ነገር ግን ተመራማሪዎች በአሁኑ ጊዜ የበለጠ ጥቅም ላይ ለማዋል መንገዶችን እየፈለጉ ነው። ለምሳሌ የቮርቴክስ ኮር እና የማይክሮማግኔት ጎራዎች መግነጢሳዊ አቅጣጫዎች መረጃን በ0 እና 1ዎች መልክ ለመገልበጥ ሊያገለግሉ ይችላሉ።

ተመራማሪዎቹ አሁን ይህንን ስራ በፀረ-ፌሮማግኔቲክ ቁሶች ለመድገም እያሰቡ ሲሆን፣ የግለሰቡ መግነጢሳዊ ጊዜያት የተጣራ ውጤት ይጠፋል። እነዚህ በኮምፒውተር ረገድ ተስፋ ሰጪ ናቸው - በንድፈ ሀሳብ፣ ፀረ-ፌሮማግኔቲክ ቁሶች አነስተኛ ኃይል የሚያስፈልጋቸውን እና ኃይል ቢጠፋም እንኳ የተረጋጋ ሆነው የሚቆዩ መሳሪያዎችን ለመስራት ሊያገለግሉ ይችላሉ - ነገር ግን የሚያመርቷቸው ምልክቶች በጣም ደካማ ስለሚሆኑ ለመመርመር በጣም አስቸጋሪ ነው።

ፎልቨን ይህ ፈተና ቢኖርም ብሩህ ተስፋ አለው። “ናሙናዎችን መስራት እና በኤክስሬይ መመልከት እንደምንችል በማሳየት የመጀመሪያውን ደረጃ ሸፍነናል” ብለዋል። “ቀጣዩ እርምጃ ከፀረ-ፌሮማግኔቲክ ቁሳቁስ በቂ ምልክት ለማግኘት በቂ ጥራት ያላቸው ናሙናዎችን መስራት እንችል እንደሆነ ማየት ነው።”