NTNU изилдөөчүлөрү өтө жаркыраган рентген нурларынын жардамы менен кинотасмаларды түзүү менен кичинекей масштабдагы магниттик материалдарды жарыкка чыгарууда.
NTNUнун Электрондук системалар кафедрасынын оксиддик электроника тобунун тең директору Эрик Фолвен жана NTNU жана Бельгиядагы Гент университетинин кесиптештери тышкы магнит талаасынын таасири астында жука пленкалуу микромагниттер кандайча өзгөрөрүн изилдөө үчүн жолго чыгышты. NTNU Nano жана Норвегиянын Изилдөө Кеңеши тарабынан жарым-жартылай каржыланган бул иш Physical Review Research журналында жарыяланды.
Кичинекей магниттер
Эйнар Штандал Дигернес эксперименттерде колдонулган кичинекей төрт бурчтуу магниттерди ойлоп тапкан.
NTNUнун Ph.D. кандидаты Эйнар Стандал Дигернес тарабынан түзүлгөн кичинекей төрт бурчтуу магниттердин туурасы болгону эки микрометрди түзөт жана төрт үч бурчтуу доменге бөлүнгөн, алардын ар бири магниттердин айланасында саат жебеси боюнча же саат жебесине каршы багытталган ар кандай магниттик багытка ээ.
Айрым магниттик материалдарда атомдордун кичирээк топтору домен деп аталган аймактарга биригишет, анда бардык электрондор бирдей магниттик багытка ээ.
NTNU магниттеринде бул домендер борбордук чекитте - куюн өзөгүндө - кездешет, ал жерде магниттик момент материалдын тегиздигине же сыртына түздөн-түз багытталган.
«Магнит талаасын колдонгондо, бул домендердин көбү бир багытты көрсөтөт», - дейт Фолвен. «Алар чоңоюп, кичирейип, андан кийин бири-бирине биригип кетиши мүмкүн».
Электрондор дээрлик жарыктын ылдамдыгындай ылдамдыкта
Мунун болуп жатканын көрүү оңой эмес. Изилдөөчүлөр микромагниттерин Берлиндеги BESSY II деп аталган 80 метрлик пончик формасындагы синхротронго алып барышкан, ал жерде электрондор дээрлик жарык ылдамдыгында кыймылдаганга чейин ылдамдатылат. Андан кийин ал тез кыймылдаган электрондор өтө жаркыраган рентген нурларын чыгарышат.
«Биз бул рентген нурларын алып, аларды микроскопубуздагы жарык катары колдонобуз», - дейт Фолвен.
Электрондор синхротрондун айланасында эки наносекунд менен бөлүнгөн топтор түрүндө айлангандыктан, алар чыгарган рентген нурлары так импульстар менен келет.
Сканерлөөчү рентген микроскобу же STXM материалдын магниттик түзүлүшүнүн сүрөтүн түзүү үчүн ал рентген нурларын алат. Бул сүрөттөрдү бириктирүү менен, изилдөөчүлөр микромагниттин убакыттын өтүшү менен кандайча өзгөрөрүн көрсөткөн тасма тарта алышат.
STXMдин жардамы менен Фолвен жана анын кесиптештери микромагниттерди магнит талаасын пайда кылган ток импульсу менен тынчсыздандырышкан жана домендердин формасы өзгөргөнүн жана куюндун өзөгү борбордон жылып жатканын көрүшкөн.
«Сизде абдан кичинекей магнит бар, анан аны сайып, ал кайра отурганда элестетүүгө аракет кыласыз», - дейт ал. Андан кийин алар өзөктүн ортосуна кайтып келгенин көрүштү - бирок түз сызык эмес, ийри жол менен.
«Ал кайра борборго карай бийлейт», - дейт Фолвен.
Бир тайгалактык жана бүттү
Себеби алар изилдөөчүлөргө материалдын касиеттерин өзгөртүүгө мүмкүндүк берген, бирок STXMдеги рентген нурларын тосуп турган субстраттын үстүндө түзүлгөн эпитаксиалдык материалдарды изилдешет.
NTNU NanoLab компаниясында иштеп жатып, изилдөөчүлөр субстрат көйгөйүн микромагниттин магниттик касиеттерин коргоо үчүн аны көмүртек катмарынын астына көмүү менен чечишкен.
Андан кийин алар астындагы субстратты галлий иондорунун фокусталган нуру менен өтө жука катмар калганга чейин кылдаттык менен жана так майдалап салышты. Бул татаал процесс ар бир үлгүгө сегиз саатка созулушу мүмкүн жана бир ката кырсыкка алып келиши мүмкүн.
«Эң негизгиси, эгер сиз магниттикти жок кылсаңыз, биз Берлинде отурганга чейин муну билбейбиз», - дейт ал. «Албетте, айла-амал бирден ашык үлгү алып келүүдө».
Фундаменталдык физикадан келечектеги түзмөктөргө чейин
Бактыга жараша, ал ишке ашты жана команда микромагниттин домендери убакыттын өтүшү менен кантип өсүп жана кичирейип жатканын диаграммалоо үчүн кылдат даярдалган үлгүлөрдү колдонушту. Ошондой эле, алар кандай күчтөр иштеп жатканын жакшыраак түшүнүү үчүн компьютердик симуляцияларды түзүштү.
Фундаменталдык физика боюнча билимибизди өркүндөтүү менен бирге, магнетизмдин ушул узундукта жана убакыт масштабында кандайча иштээрин түшүнүү келечектеги түзмөктөрдү түзүүдө пайдалуу болушу мүмкүн.
Магнетизм маалыматтарды сактоо үчүн мурунтан эле колдонулуп келет, бирок изилдөөчүлөр учурда аны андан ары пайдалануунун жолдорун издеп жатышат. Мисалы, микромагниттин куюн өзөгүнүн жана домендеринин магниттик багыттары маалыматты 0 жана 1 түрүндө коддоо үчүн колдонулушу мүмкүн.
Изилдөөчүлөр азыр бул ишти антиферромагниттик материалдар менен кайталоону көздөп жатышат, мында жеке магниттик моменттердин таза таасири жокко чыгарылат. Булар эсептөө жагынан келечектүү — теория боюнча, антиферромагниттик материалдар аз энергияны талап кылган жана кубаттуулук жоголгондо да туруктуу бойдон калган түзмөктөрдү жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн — бирок аларды изилдөө бир топ татаал, анткени алар чыгарган сигналдар бир топ алсыз болот.
Бул кыйынчылыкка карабастан, Фолвен оптимисттик маанайда. «Биз үлгүлөрдү жасап, аларды рентген нурлары менен карап чыга аларыбызды көрсөтүү менен биринчи кадамды жасадык», - дейт ал. «Кийинки кадам - антиферромагниттик материалдан жетиштүү сигнал алуу үчүн жетиштүү жогорку сапаттагы үлгүлөрдү жасай алаарыбызды көрүү».
Жарыяланган убактысы: 2021-жылдын 10-майы