NTNU-dan olan tədqiqatçılar son dərəcə parlaq rentgen şüalarının köməyi ilə filmlər yaratmaqla kiçik miqyaslı maqnit materiallarına işıq salırlar.
NTNU-nun Elektron Sistemlər Departamentinin oksid elektronika qrupunun həmmüəllifi Erik Folven və NTNU və Belçikadakı Gent Universitetindən olan həmkarları nazik təbəqəli mikromaqnitlərin xarici maqnit sahəsi tərəfindən təsirləndikdə necə dəyişdiyini araşdırmaq üçün yola düşüblər. Qismən NTNU Nano və Norveç Tədqiqat Şurası tərəfindən maliyyələşdirilən iş "Physical Review Research" jurnalında dərc edilib.
Kiçik maqnitlər
Einar Standal Digernes təcrübələrdə istifadə edilən kiçik kvadrat maqnitləri icad etdi.
NTNU-nun doktorluq namizədi Einar Standal Digernes tərəfindən yaradılan kiçik kvadrat maqnitlər cəmi iki mikrometr enindədir və hər biri maqnitlərin ətrafında saat əqrəbi istiqamətində və ya əksinə yönəlmiş fərqli maqnit istiqamətinə malik dörd üçbucaqlı domenə bölünmüşdür.
Müəyyən maqnit materiallarında daha kiçik atom qrupları bütün elektronların eyni maqnit istiqamətinə malik olduğu domen adlanan sahələrdə birləşir.
NTNU maqnitlərində bu domenlər mərkəzi nöqtədə - burulğan nüvəsində - birləşir, burada maqnit momenti birbaşa materialın müstəvisinə və ya xaricinə yönəlir.
Folven deyir ki, “Maqnit sahəsi tətbiq etdikdə, bu domenlərin getdikcə daha çoxu eyni istiqamətə yönələcək. Onlar böyüyə və kiçilə bilər, sonra isə bir-birinə birləşə bilərlər.”
Elektronlar demək olar ki, işıq sürətindədir
Bunun baş verdiyini görmək asan deyil. Tədqiqatçılar mikromaqnitlərini Berlindəki BESSY II kimi tanınan 80 metr enində ponçik formalı sinxrotrona apardılar. Elektronlar demək olar ki, işıq sürəti ilə hərəkət edənə qədər sürətlənir. Daha sonra bu sürətlə hərəkət edən elektronlar olduqca parlaq rentgen şüaları yayırlar.
Folven deyir: "Biz bu rentgen şüalarını götürür və onları mikroskopumuzda işıq kimi istifadə edirik".
Elektronlar sinxrotron ətrafında iki nanosaniyə ilə ayrılmış dəstələr şəklində hərəkət etdiyindən, yaydıqları rentgen şüaları dəqiq impulslarla gəlir.
Skan ötürücü rentgen mikroskopu və ya STXM, materialın maqnit quruluşunun anlıq görüntüsünü yaratmaq üçün həmin rentgen şüalarını götürür. Tədqiqatçılar bu anlıq görüntüləri bir-birinə yapışdırmaqla, mikromaqnitin zamanla necə dəyişdiyini göstərən bir film yarada bilərlər.
STXM-in köməyi ilə Folven və həmkarları mikromaqnitlərini maqnit sahəsi yaradan cərəyan impulsu ilə narahat etdilər və domenlərin formasının dəyişdiyini və burulğan nüvəsinin mərkəzdən hərəkət etdiyini gördülər.
“Çox kiçik bir maqnitiniz var və sonra onu itələyir və yenidən çökdüyünü təsəvvür etməyə çalışırsan”, - deyə o bildirir. Daha sonra onlar nüvənin ortaya qayıtdığını gördülər - lakin düz xətt üzrə deyil, dolama yol boyunca.
Folven deyir: "O, sanki mərkəzə doğru rəqs edəcək".
Bir sürüşmə və bitdi
Çünki onlar tədqiqatçılara materialın xüsusiyyətlərini dəyişdirməyə imkan verən, lakin STXM-də rentgen şüalarını bloklayan bir substratın üzərində yaradılan epitaksial materialları öyrənirlər.
NTNU NanoLab-da işləyən tədqiqatçılar, mikromaqnitlərinin maqnit xüsusiyyətlərini qorumaq üçün onları karbon təbəqəsinin altına basdırmaqla substrat problemini həll etdilər.
Daha sonra onlar qallium ionlarının fokuslanmış şüası ilə altındakı substratı diqqətlə və dəqiq şəkildə qırdılar ki, yalnız çox nazik bir təbəqə qalsın. Bu əziyyətli proses hər nümunə üçün səkkiz saat çəkə bilər və bir səhv fəlakətə səbəb ola bilər.
“Əsas məsələ odur ki, əgər maqnetizmi öldürsəniz, Berlində oturmazdan əvvəl bunu bilməyəcəyik”, - deyə o bildirir. “Əlbəttə ki, məsələ birdən çox nümunə gətirməkdədir.”
Fundamental fizikadan gələcək cihazlara
Xoşbəxtlikdən, bu işə yaradı və komanda diqqətlə hazırlanmış nümunələrindən istifadə edərək mikromaqnitin domenlərinin zamanla necə böyüdüyünü və kiçildiyini qrafik şəkildə göstərdi. Həmçinin, hansı qüvvələrin işlədiyini daha yaxşı başa düşmək üçün kompüter simulyasiyaları yaratdılar.
Fundamental fizika biliklərimizi inkişaf etdirməklə yanaşı, maqnetizmin bu uzunluq və zaman miqyaslarında necə işlədiyini anlamaq gələcək cihazların yaradılmasında faydalı ola bilər.
Maqnetizm artıq məlumatların saxlanması üçün istifadə olunur, lakin tədqiqatçılar hazırda ondan daha da istifadə etməyin yollarını axtarırlar. Məsələn, mikromaqnitin burulğan nüvəsinin və domenlərinin maqnit istiqamətləri, bəlkə də, 0 və 1 şəklində məlumatları kodlaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər.
Tədqiqatçılar hazırda bu işi fərdi maqnit momentlərinin xalis təsirinin aradan qalxdığı antiferromaqnit materiallarla təkrarlamağı hədəfləyirlər. Bunlar hesablama baxımından ümidvericidir - nəzəri olaraq, antiferromaqnit materiallar az enerji tələb edən və enerji kəsildikdə belə sabit qalan cihazlar hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər - lakin araşdırmaq daha çətindir, çünki onların yaratdığı siqnallar daha zəif olacaq.
Bu çətinliyə baxmayaraq, Folven nikbindir. “Nümunələr hazırlaya və onları rentgen şüaları ilə araşdıra biləcəyimizi göstərməklə ilk addımı atdıq”, - deyə o bildirir. “Növbəti addım antiferromaqnit materialdan kifayət qədər siqnal almaq üçün kifayət qədər yüksək keyfiyyətli nümunələr hazırlaya biləcəyimizi görmək olacaq.”
Yayımlanma vaxtı: 10 may 2021