NTNU의 연구원들은 매우 밝은 X선의 도움으로 영화를 만들어 작은 규모의 자성 물질에 빛을 비추고 있습니다.
NTNU 전자 시스템학과의 산화물 전자 그룹 공동 책임자인 Erik Folven과 NTNU 및 벨기에 겐트 대학교의 동료들은 외부 자기장에 의해 방해를 받을 때 박막 마이크로자석이 어떻게 변하는지 알아보기 시작했습니다.NTNU Nano와 노르웨이 연구 위원회가 부분적으로 자금을 지원한 이 연구는 Physical Review Research 저널에 게재되었습니다.
작은 자석
Einar Standal Digernes는 실험에 사용된 작은 사각형 자석을 발명했습니다.
NTNU Ph.D.가 만든 작은 사각형 자석.후보 Einar Standal Digernes는 너비가 2마이크로미터에 불과하고 4개의 삼각형 영역으로 나누어져 있으며, 각 영역은 자석 주위의 시계 방향 또는 시계 반대 방향을 가리키는 서로 다른 자기 방향을 가지고 있습니다.
특정 자성 물질에서는 더 작은 원자 그룹이 도메인이라는 영역으로 함께 뭉쳐져 모든 전자가 동일한 자기 방향을 갖습니다.
NTNU 자석에서 이러한 영역은 자기 모멘트가 재료 평면 안팎을 직접 가리키는 중심점(와류 코어)에서 만납니다.
“자기장을 가하면 점점 더 많은 도메인이 같은 방향을 가리킬 것입니다.”라고 Folven은 말합니다."그들은 성장할 수도 있고 줄어들 수도 있으며, 그런 다음 서로 합쳐질 수도 있습니다."
거의 빛의 속도로 움직이는 전자
이런 일이 일어나는 것을 보는 것은 쉽지 않습니다.연구진은 마이크로자석을 베를린에 있는 BESSY II로 알려진 너비 80m의 도넛 모양 싱크로트론으로 가져갔습니다. 그곳에서 전자는 거의 빛의 속도로 이동할 때까지 가속됩니다.빠르게 움직이는 전자는 극도로 밝은 X선을 방출합니다.
Folven은 “우리는 이러한 X선을 촬영하여 현미경의 빛으로 사용합니다.
전자는 2나노초 단위로 분리되어 싱크로트론 주위를 이동하기 때문에 전자가 방출하는 X선은 정확한 펄스로 나옵니다.
주사형 투과 X선 현미경(STXM)은 X선을 촬영하여 재료의 자기 구조에 대한 스냅샷을 만듭니다.연구원들은 이러한 스냅샷을 함께 연결함으로써 본질적으로 시간이 지남에 따라 마이크로 자석이 어떻게 변하는지 보여주는 동영상을 만들 수 있습니다.
STXM의 도움으로 Folven과 그의 동료들은 자기장을 생성하는 전류 펄스로 마이크로자석을 교란시켰고 도메인의 모양이 바뀌고 소용돌이 코어가 중심에서 이동하는 것을 확인했습니다.
"아주 작은 자석이 있고 그것을 찌르고 다시 고정되는 모습을 상상해 봅니다."라고 그는 말합니다.그 후, 그들은 코어가 중앙으로 돌아가는 것을 보았습니다. 그러나 직선이 아닌 구불구불한 경로를 따라 말입니다.
Folven은 “중앙으로 다시 춤을 추게 될 것입니다.”라고 말합니다.
한 번 실수하면 끝이에요
그 이유는 연구원들이 재료의 특성을 조정할 수 있지만 STXM에서 X선을 차단할 수 있는 기판 위에 생성되는 에피택셜 재료를 연구하기 때문입니다.
NTNU NanoLab에서 근무하면서 연구원들은 자기 특성을 보호하기 위해 탄소층 아래에 마이크로자석을 묻어 기판 문제를 해결했습니다.
그런 다음 그들은 매우 얇은 층만 남을 때까지 집중된 갈륨 이온 빔을 사용하여 아래의 기판을 조심스럽고 정확하게 잘라냈습니다.이 힘든 과정은 샘플당 8시간이 걸릴 수 있었고, 한 번의 실수가 재앙을 초래할 수도 있었습니다.
“중요한 점은 자성을 없애면 베를린에 오기 전에는 그 사실을 알 수 없다는 것입니다.”라고 그는 말합니다."물론 비결은 하나 이상의 샘플을 가져오는 것입니다."
기초 물리학부터 미래 장치까지
고맙게도 효과가 있었고 팀은 신중하게 준비된 샘플을 사용하여 시간이 지남에 따라 마이크로 자석의 도메인이 어떻게 성장하고 축소되는지 차트를 작성했습니다.그들은 또한 어떤 힘이 작용하고 있는지 더 잘 이해하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 만들었습니다.
기본 물리학에 대한 지식을 발전시킬 뿐만 아니라 이러한 길이와 시간 규모에서 자기가 어떻게 작용하는지 이해하는 것은 미래의 장치를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
자성은 이미 데이터 저장에 사용되고 있지만 연구자들은 현재 이를 더욱 활용하는 방법을 찾고 있습니다.예를 들어, 소용돌이 코어와 마이크로자석 영역의 자기 방향은 0과 1의 형태로 정보를 인코딩하는 데 사용될 수 있습니다.
연구진은 이제 개별 자기 모멘트의 순 효과가 상쇄되는 반강자성 물질을 사용하여 이 작업을 반복하는 것을 목표로 하고 있습니다.이론상으로 반강자성 물질은 에너지를 거의 필요로 하지 않고 전력이 손실되더라도 안정성을 유지하는 장치를 만드는 데 사용될 수 있지만, 생성되는 신호가 훨씬 약하기 때문에 조사하기가 훨씬 더 까다롭습니다. .
이러한 어려움에도 불구하고 Folven은 낙관적입니다."우리는 샘플을 만들고 X-레이를 통해 살펴볼 수 있다는 것을 보여줌으로써 첫 번째 기반을 다뤘습니다."라고 그는 말합니다."다음 단계는 반강자성 물질로부터 충분한 신호를 얻을 수 있을 만큼 충분히 높은 품질의 샘플을 만들 수 있는지 확인하는 것입니다."
게시 시간: 2021년 5월 10일