Fuerscher vun der NTNU ënnersichen magnéitesch Materialien a klenge Skalen, andeems se Filmer mat Hëllef vun extrem helle Röntgenstrahlen erstellen.
Den Erik Folven, Co-Direkter vun der Oxidelektronikgrupp am Departement fir Elektronesch Systemer vun der NTNU, a Kollegen vun der NTNU an der Universitéit Gent a Belsch hunn ënnersicht, wéi sech Dënnschichtmikromagnete veränneren, wa se vun engem externen Magnéitfeld gestéiert ginn. D'Aarbecht, déi deelweis vun der NTNU Nano an dem Fuerschungsrot vun Norwegen finanzéiert gouf, gouf an der Zäitschrëft Physical Review Research publizéiert.
Kleng Magnete
Den Einar Standal Digernes huet déi kleng quadratesch Magnete erfonnt, déi an den Experimenter benotzt goufen.
Déi kleng quadratesch Magnete, déi vum NTNU-Ph.D.-Kandidat Einar Standal Digernes geschaf goufen, si just zwee Mikrometer breet an a véier dräieckeg Domänen opgedeelt, jidderee mat enger anerer magnéitescher Orientéierung, déi am Auerzäresënn oder géint den Auerzäresënn ronderëm d'Magnete weist.
A bestëmmte magnetesche Materialien verbannen sech méi kleng Gruppe vun Atomer a Beräicher, déi Domänen genannt ginn, an deenen all d'Elektronen déiselwecht magnetesch Orientéierung hunn.
An den NTNU-Magnete treffen dës Domänen an engem zentralen Punkt - dem Wirbelkär - wou de magnéitesche Moment direkt an oder aus der Fläch vum Material weist.
„Wann mir e Magnéitfeld uwenden, weisen ëmmer méi vun dësen Domänen an déiselwecht Richtung“, seet de Folven. „Si kënne wuessen a si kënne schrumpfen, an dann kënne se sech matenee vermëschen.“
Elektronen bal mat Liichtgeschwindegkeet
Dat ze gesinn ass net einfach. D'Fuerscher hunn hir Mikromagnete an en 80 Meter breede Synchrotron a Form vun engem Donut, bekannt als BESSY II, zu Berlin bruecht, wou d'Elektronen beschleunegt ginn, bis se bal mat der Liichtgeschwindegkeet fueren. Déi séier bewegend Elektronen emittéieren dann extrem hell Röntgenstralen.
„Mir huelen dës Röntgenstralen a benotzen se als Liicht an eisem Mikroskop“, seet de Folven.
Well Elektrone a Bündelen, déi vun zwou Nanosekonnen getrennt sinn, duerch de Synchrotron reesen, kommen d'Röntgenstrahlen, déi se emittéieren, a präzisen Impulser.
E Scanning Transmission X-ray Mikroskop, oder STXM, benotzt dës Röntgenstralen fir eng Momentaufnahme vun der magnetescher Struktur vum Material ze kreéieren. Andeems d'Fuerscher dës Momentaufnahmen zesummesetzen, kënnen se am Fong e Film erstellen, deen weist, wéi de Mikromagnet sech mat der Zäit ännert.
Mat Hëllef vum STXM hunn de Folven a seng Kollegen hir Mikromagnete mat engem Stroumimpuls gestéiert, deen e Magnéitfeld generéiert huet, an hunn d'Domänen hir Form änneren an de Wirbelkär sech vum Zentrum ewech beweegt.
„Dir hutt e ganz klenge Magnet, an dann stécht Dir dran a probéiert Iech e Bild ze maachen, wéi e sech erëm setzt“, seet hien. Duerno hunn si de Kär an d'Mëtt zréckkommen gesinn – awer laanscht e gewëndelte Wee, net eng gerad Linn.
„Et wäert iergendwéi zréck an d'Mëtt danzen“, seet de Folven.
Een Ausrutsch an et ass eriwwer
Dat läit dorun, datt si epitaktesch Materialien studéieren, déi op engem Substrat erstallt ginn, dat et de Fuerscher erlaabt, d'Eegeschafte vum Material unzepassen, awer d'Röntgenstrahlen an engem STXM blockéiere géifen.
D'Fuerscher hunn am NTNU NanoLab de Substratproblem geléist, andeems se hire Mikromagnet ënner enger Schicht Kuelestoff begruewen hunn, fir seng magnetesch Eegeschafte ze schützen.
Dann hunn si virsiichteg a präzis de Substrat drënner mat engem fokusséierte Stral vu Galliumionen ofgehackt, bis nëmmen eng ganz dënn Schicht iwwreg bliwwen ass. De mühsame Prozess konnt aacht Stonne pro Prouf daueren - an ee Feeler kéint eng Katastroph bedeiten.
„Déi entscheedend Saach ass, datt wa mir de Magnetismus ëmbréngen, mir dat net wëssen, ier mir zu Berlin sëtzen“, seet hien. „Den Trick ass natierlech, méi wéi eng Prouf matzebréngen.“
Vun der fundamentaler Physik bis zu zukünftegen Apparater
Glécklecherweis huet et funktionéiert, an d'Team huet hir suergfälteg virbereet Prouwe benotzt fir ze kartéieren, wéi d'Domänen vum Mikromagnet mat der Zäit wuessen a schrumpfen. Si hunn och Computersimulatioune erstallt fir besser ze verstoen, wéi eng Kräften am Asaz waren.
Nieft der Verbesserung vun eisem Wëssen iwwer d'Grondphysik kéint d'Verständnis, wéi de Magnetismus op dëse Längt- an Zäitskalaen funktionéiert, hëllefräich sinn, fir zukünfteg Apparater ze kreéieren.
Magnetismus gëtt scho fir Datenspeicherung benotzt, awer d'Fuerscher sichen de Moment no Méiglechkeeten, en weider auszenotzen. Déi magnetesch Orientéierunge vum Wirbelkär an den Domänen vun engem Mikromagnet kéinten zum Beispill vläicht benotzt ginn, fir Informatiounen a Form vun Nuller an Eener ze kodéieren.
D'Fuerscher wëllen dës Aarbecht elo mat antiferromagnetesche Materialien widderhuelen, wou den Nettoeffekt vun den eenzelne magnéitesche Momenter sech ausgläicht. Dës si villverspriechend am Beräich vun der Informatik - theoretesch kéinten antiferromagnetesch Materialien benotzt ginn, fir Apparater ze maachen, déi wéineg Energie brauchen a stabil bleiwen, och wann de Stroum ausfält - awer si si vill méi komplizéiert ze ënnersichen, well d'Signaler, déi se produzéieren, vill méi schwaach sinn.
Trotz där Erausfuerderung ass de Folven optimistesch. „Mir hunn den éischte Schrëtt ofgeschloss andeems mir gewisen hunn, datt mir Prouwe kënne maachen a se mat Röntgenstrahlen ënnersichen“, seet hien. „Den nächste Schrëtt wäert sinn ze kucken, ob mir Prouwe vu genuch héijer Qualitéit kënne maachen, fir genuch Signal vun engem antiferromagnetesche Material ze kréien.“
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 10. Mee 2021