નાના ચુંબકની આંતરિક કામગીરી જોવાની એક નવી રીત

NTNU ના સંશોધકો કેટલાક અત્યંત તેજસ્વી એક્સ-રેની મદદથી ફિલ્મો બનાવીને નાના પાયે ચુંબકીય પદાર્થો પર પ્રકાશ પાડી રહ્યા છે.

NTNU ના ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સ વિભાગમાં ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ જૂથના સહ-નિર્દેશક એરિક ફોલ્વેન અને બેલ્જિયમની NTNU અને ઘેન્ટ યુનિવર્સિટીના સાથીદારોએ બહારના ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા ખલેલ પહોંચાડવામાં આવે ત્યારે પાતળા-ફિલ્મ માઇક્રોમેગ્નેટ કેવી રીતે બદલાય છે તે જોવા માટે નીકળ્યા. NTNU નેનો અને રિસર્ચ કાઉન્સિલ ઓફ નોર્વે દ્વારા આંશિક રીતે ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ આ કાર્ય, ફિઝિકલ રિવ્યુ રિસર્ચ જર્નલમાં પ્રકાશિત થયું હતું.

નાના ચુંબક

આઈનાર સ્ટેન્ડલ ડિગર્નેસએ પ્રયોગોમાં વપરાતા નાના ચોરસ ચુંબકની શોધ કરી.

NTNU પીએચ.ડી. ઉમેદવાર આઈનર સ્ટેન્ડલ ડિગર્નેસ દ્વારા બનાવવામાં આવેલા નાના ચોરસ ચુંબક, ફક્ત બે માઇક્રોમીટર પહોળા છે અને ચાર ત્રિકોણાકાર ડોમેનમાં વિભાજિત છે, દરેક ચુંબકની આસપાસ ઘડિયાળની દિશામાં અથવા ઘડિયાળની વિરુદ્ધ દિશામાં દિશામાન કરે છે તે અલગ ચુંબકીય દિશા ધરાવે છે.

અમુક ચુંબકીય પદાર્થોમાં, અણુઓના નાના જૂથો ડોમેન્સ નામના ક્ષેત્રોમાં ભેગા થાય છે, જેમાં બધા ઇલેક્ટ્રોન સમાન ચુંબકીય દિશા ધરાવે છે.

NTNU ચુંબકમાં, આ ડોમેન્સ એક કેન્દ્રીય બિંદુ - વમળ કોર - પર મળે છે જ્યાં ચુંબકીય ક્ષણ સામગ્રીના સમતલમાં અથવા બહાર સીધા નિર્દેશ કરે છે.

"જ્યારે આપણે ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરીએ છીએ, ત્યારે આમાંથી વધુને વધુ ડોમેન્સ એક જ દિશામાં નિર્દેશ કરશે," ફોલ્વન કહે છે. "તેઓ વૃદ્ધિ પામી શકે છે અને સંકોચાઈ શકે છે, અને પછી તેઓ એકબીજામાં ભળી શકે છે."

ઇલેક્ટ્રોન લગભગ પ્રકાશની ગતિએ

આ બનતું જોવું સરળ નથી. સંશોધકો તેમના માઇક્રોમેગ્નેટને બર્લિનમાં 80 મીટર પહોળા ડોનટ આકારના સિંક્રોટ્રોન, જેને BESSY II તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, ત્યાં લઈ ગયા, જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન લગભગ પ્રકાશની ગતિએ મુસાફરી કરે ત્યાં સુધી વેગ પામે છે. તે ઝડપી ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રોન પછી અત્યંત તેજસ્વી એક્સ-રે ઉત્સર્જિત કરે છે.

"અમે આ એક્સ-રે લઈએ છીએ અને તેનો ઉપયોગ અમારા માઇક્રોસ્કોપમાં પ્રકાશ તરીકે કરીએ છીએ," ફોલ્વન કહે છે.

ઇલેક્ટ્રોન બે નેનોસેકન્ડથી અલગ પડેલા સમૂહમાં સિંક્રોટ્રોનની આસપાસ ફરે છે, તેથી તેઓ જે એક્સ-રે ઉત્સર્જિત કરે છે તે ચોક્કસ પલ્સમાં આવે છે.

સ્કેનિંગ ટ્રાન્સમિશન એક્સ-રે માઇક્રોસ્કોપ, અથવા STXM, તે એક્સ-રેને સામગ્રીના ચુંબકીય બંધારણનો સ્નેપશોટ બનાવવા માટે લે છે. આ સ્નેપશોટને એકસાથે જોડીને, સંશોધકો આવશ્યકપણે એક ફિલ્મ બનાવી શકે છે જે દર્શાવે છે કે સમય જતાં માઇક્રોમેગ્નેટ કેવી રીતે બદલાય છે.

STXM ની મદદથી, ફોલ્વેન અને તેમના સાથીઓએ તેમના સૂક્ષ્મચુંબકોને ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરતા પ્રવાહના પલ્સથી ખલેલ પહોંચાડી, અને ડોમેન્સનો આકાર બદલાતો અને વમળ કોર કેન્દ્રથી ખસતો જોયો.

"તમારી પાસે એક ખૂબ જ નાનું ચુંબક છે, અને પછી તમે તેને ઠોકી દો છો અને તે ફરીથી સ્થિર થાય છે તેમ તેની કલ્પના કરવાનો પ્રયાસ કરો છો," તે કહે છે. પછી, તેઓએ કોરને મધ્યમાં પાછો ફરતો જોયો - પરંતુ એક વળાંકવાળા માર્ગ સાથે, સીધી રેખા સાથે નહીં.

"તે કંઈક અંશે કેન્દ્રમાં પાછું નૃત્ય કરશે," ફોલ્વેન કહે છે.

એક સ્લિપ અને બધું પૂરું

કારણ કે તેઓ એપિટેક્સિયલ સામગ્રીનો અભ્યાસ કરે છે, જે સબસ્ટ્રેટની ટોચ પર બનાવવામાં આવે છે જે સંશોધકોને સામગ્રીના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરવાની મંજૂરી આપે છે, પરંતુ STXM માં એક્સ-રેને અવરોધિત કરશે.

NTNU નેનોલેબમાં કામ કરતા, સંશોધકોએ તેમના માઇક્રોમેગ્નેટને કાર્બનના સ્તર હેઠળ દફનાવીને તેના ચુંબકીય ગુણધર્મોને સુરક્ષિત રાખીને સબસ્ટ્રેટ સમસ્યાનું નિરાકરણ કર્યું.

પછી તેઓએ ગેલિયમ આયનોના કેન્દ્રિત બીમથી નીચેના સબસ્ટ્રેટને કાળજીપૂર્વક અને સચોટ રીતે કાપી નાખ્યું જ્યાં સુધી ફક્ત ખૂબ જ પાતળું પડ બાકી ન રહ્યું. આ મહેનતુ પ્રક્રિયામાં પ્રતિ નમૂના આઠ કલાક લાગી શકે છે - અને એક ભૂલ આપત્તિનું કારણ બની શકે છે.

"મહત્વપૂર્ણ બાબત એ છે કે, જો તમે ચુંબકત્વને મારી નાખો છો, તો આપણે બર્લિનમાં બેસીએ તે પહેલાં આપણને તે ખબર નહીં પડે," તે કહે છે. "યુક્તિ, અલબત્ત, એક કરતાં વધુ નમૂના લાવવાની છે."

મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્રથી ભવિષ્યના ઉપકરણો સુધી

સદનસીબે તે કામ કર્યું, અને ટીમે કાળજીપૂર્વક તૈયાર કરેલા નમૂનાઓનો ઉપયોગ કરીને માઇક્રોમેગ્નેટના ડોમેન્સ સમય જતાં કેવી રીતે વધે છે અને સંકોચાય છે તે ચાર્ટ કર્યું. તેઓએ કયા દળો કામ કરી રહ્યા છે તે વધુ સારી રીતે સમજવા માટે કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન પણ બનાવ્યા.

મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્રના આપણા જ્ઞાનને આગળ વધારવાની સાથે, આ લંબાઈ અને સમયના ધોરણો પર ચુંબકત્વ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજવું ભવિષ્યના ઉપકરણો બનાવવામાં મદદરૂપ થઈ શકે છે.

મેગ્નેટિઝમનો ઉપયોગ પહેલાથી જ ડેટા સ્ટોરેજ માટે થાય છે, પરંતુ સંશોધકો હાલમાં તેનો વધુ ઉપયોગ કરવાના રસ્તાઓ શોધી રહ્યા છે. ઉદાહરણ તરીકે, વમળ કોર અને માઇક્રોમેગ્નેટના ડોમેન્સના ચુંબકીય દિશાઓનો ઉપયોગ કદાચ 0 અને 1 ના સ્વરૂપમાં માહિતીને એન્કોડ કરવા માટે થઈ શકે છે.

સંશોધકો હવે આ કાર્યને એન્ટિ-ફેરોમેગ્નેટિક સામગ્રી સાથે પુનરાવર્તિત કરવાનું લક્ષ્ય રાખી રહ્યા છે, જ્યાં વ્યક્તિગત ચુંબકીય ક્ષણોની ચોખ્ખી અસર રદ થાય છે. કમ્પ્યુટિંગની વાત આવે ત્યારે આ આશાસ્પદ છે - સિદ્ધાંતમાં, એન્ટિ-ફેરોમેગ્નેટિક સામગ્રીનો ઉપયોગ એવા ઉપકરણો બનાવવા માટે થઈ શકે છે જેને ઓછી ઊર્જાની જરૂર હોય છે અને જ્યારે શક્તિ ખોવાઈ જાય ત્યારે પણ સ્થિર રહે છે - પરંતુ તપાસ કરવી ઘણી મુશ્કેલ છે કારણ કે તેઓ જે સંકેતો ઉત્પન્ન કરે છે તે ખૂબ નબળા હશે.

તે પડકાર છતાં, ફોલ્વન આશાવાદી છે. "અમે પ્રથમ પગલું એ બતાવીને પૂર્ણ કર્યું છે કે અમે નમૂનાઓ બનાવી શકીએ છીએ અને એક્સ-રે વડે તેમને જોઈ શકીએ છીએ," તે કહે છે. "આગળનું પગલું એ જોવાનું રહેશે કે શું આપણે એન્ટી-ફેરોમેગ્નેટિક સામગ્રીમાંથી પૂરતા પ્રમાણમાં સિગ્નલ મેળવવા માટે પૂરતી ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા નમૂનાઓ બનાવી શકીએ છીએ કે નહીં."