ചെറിയ കാന്തങ്ങളുടെ ആന്തരിക പ്രവർത്തനങ്ങൾ പരിശോധിക്കാനുള്ള ഒരു പുതിയ മാർഗം.

NTNU-വിലെ ഗവേഷകർ വളരെ തിളക്കമുള്ള എക്സ്-റേകളുടെ സഹായത്തോടെ സിനിമകൾ സൃഷ്ടിച്ചുകൊണ്ട് ചെറിയ സ്കെയിലുകളിൽ കാന്തിക വസ്തുക്കളിൽ വെളിച്ചം വീശുന്നു.

NTNU യുടെ ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റംസ് വകുപ്പിലെ ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഗ്രൂപ്പിന്റെ സഹ-ഡയറക്ടറായ എറിക് ഫോൾവനും NTNU യിലെയും ബെൽജിയത്തിലെ ഗെന്റ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെയും സഹപ്രവർത്തകരും ഒരു ബാഹ്യ കാന്തികക്ഷേത്രം അസ്വസ്ഥമാക്കുമ്പോൾ നേർത്ത-ഫിലിം മൈക്രോമാഗ്നറ്റുകൾ എങ്ങനെ മാറുന്നു എന്ന് കാണാൻ പുറപ്പെട്ടു. NTNU നാനോയും നോർവേയിലെ ഗവേഷണ കൗൺസിലും ഭാഗികമായി ധനസഹായം നൽകിയ ഈ കൃതി ഫിസിക്കൽ റിവ്യൂ റിസർച്ച് ജേണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു.

ചെറിയ കാന്തങ്ങൾ

പരീക്ഷണങ്ങളിൽ ഉപയോഗിച്ച ചെറിയ ചതുരാകൃതിയിലുള്ള കാന്തങ്ങൾ ഐനാർ സ്റ്റാൻഡൽ ഡിഗെർനെസ് കണ്ടുപിടിച്ചു.

NTNU പിഎച്ച്.ഡി സ്ഥാനാർത്ഥി ഐനാർ സ്റ്റാൻഡൽ ഡിഗെർനെസ് സൃഷ്ടിച്ച ചെറിയ ചതുര കാന്തങ്ങൾക്ക് രണ്ട് മൈക്രോമീറ്റർ വീതി മാത്രമേയുള്ളൂ, അവ നാല് ത്രികോണ ഡൊമെയ്‌നുകളായി വിഭജിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, ഓരോന്നിനും കാന്തങ്ങൾക്ക് ചുറ്റും ഘടികാരദിശയിലോ എതിർ ഘടികാരദിശയിലോ ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്ന വ്യത്യസ്ത കാന്തിക ഓറിയന്റേഷൻ ഉണ്ട്.

ചില കാന്തിക വസ്തുക്കളിൽ, ആറ്റങ്ങളുടെ ചെറിയ ഗ്രൂപ്പുകൾ ഡൊമെയ്‌നുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന മേഖലകളിലേക്ക് ഒന്നിച്ചുചേരുന്നു, അവിടെ എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകൾക്കും ഒരേ കാന്തിക ഓറിയന്റേഷൻ ഉണ്ട്.

NTNU കാന്തങ്ങളിൽ, ഈ ഡൊമെയ്‌നുകൾ ഒരു കേന്ദ്രബിന്ദുവിൽ - വോർട്ടെക്സ് കോർ - കണ്ടുമുട്ടുന്നു, അവിടെ കാന്തിക നിമിഷം വസ്തുവിന്റെ തലത്തിലേക്ക് നേരിട്ട് അല്ലെങ്കിൽ പുറത്തേക്ക് ചൂണ്ടുന്നു.

"നമ്മൾ ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഈ ഡൊമെയ്‌നുകളിൽ കൂടുതൽ കൂടുതൽ ഒരേ ദിശയിലേക്ക് നയിക്കപ്പെടും," ഫോൾവൻ പറയുന്നു. "അവ വളരാനും ചുരുങ്ങാനും കഴിയും, തുടർന്ന് അവ പരസ്പരം ലയിക്കാനും കഴിയും."

ഇലക്ട്രോണുകൾ ഏതാണ്ട് പ്രകാശവേഗതയിൽ

ഇത് സംഭവിക്കുന്നത് കാണുന്നത് എളുപ്പമുള്ള കാര്യമല്ല. ഗവേഷകർ അവരുടെ മൈക്രോമാഗ്നറ്റുകളെ ബെർലിനിലെ BESSY II എന്നറിയപ്പെടുന്ന 80 മീറ്റർ വീതിയുള്ള ഡോണട്ട് ആകൃതിയിലുള്ള സിൻക്രോട്രോണിലേക്ക് കൊണ്ടുപോയി, അവിടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നതുവരെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നു. വേഗത്തിൽ ചലിക്കുന്ന ആ ഇലക്ട്രോണുകൾ പിന്നീട് വളരെ തിളക്കമുള്ള എക്സ്-റേകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നു.

"ഞങ്ങൾ ഈ എക്സ്-റേകൾ എടുത്ത് ഞങ്ങളുടെ മൈക്രോസ്കോപ്പിലെ പ്രകാശമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു," ഫോൾവൻ പറയുന്നു.

ഇലക്ട്രോണുകൾ സിൻക്രോട്രോണിന് ചുറ്റും രണ്ട് നാനോസെക്കൻഡ് കൊണ്ട് വേർതിരിച്ച കുലകളായി സഞ്ചരിക്കുന്നതിനാൽ, അവ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന എക്സ്-റേകൾ കൃത്യമായ പൾസുകളിലാണ് വരുന്നത്.

ഒരു സ്കാനിംഗ് ട്രാൻസ്മിഷൻ എക്സ്-റേ മൈക്രോസ്കോപ്പ്, അല്ലെങ്കിൽ STXM, ആ എക്സ്-റേകൾ എടുത്ത് മെറ്റീരിയലിന്റെ കാന്തിക ഘടനയുടെ ഒരു സ്നാപ്പ്ഷോട്ട് സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഈ സ്നാപ്പ്ഷോട്ടുകൾ ഒരുമിച്ച് ചേർക്കുന്നതിലൂടെ, കാലക്രമേണ മൈക്രോമാഗ്നറ്റ് എങ്ങനെ മാറുന്നു എന്ന് കാണിക്കുന്ന ഒരു സിനിമ ഗവേഷകർക്ക് സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും.

STXM ന്റെ സഹായത്തോടെ, ഫോൾവനും സഹപ്രവർത്തകരും ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിച്ച ഒരു പൾസ് വൈദ്യുതധാര ഉപയോഗിച്ച് അവരുടെ മൈക്രോമാഗ്നറ്റുകളെ അസ്വസ്ഥമാക്കി, ഡൊമെയ്‌നുകളുടെ ആകൃതി മാറുന്നതും വോർട്ടക്സ് കോർ മധ്യത്തിൽ നിന്ന് നീങ്ങുന്നതും അവർ കണ്ടു.

"നിങ്ങൾക്ക് വളരെ ചെറിയ ഒരു കാന്തമുണ്ട്, എന്നിട്ട് നിങ്ങൾ അതിൽ കുത്തി അത് വീണ്ടും സ്ഥിരമാകുമ്പോൾ അതിന്റെ ചിത്രം പകർത്താൻ ശ്രമിക്കുന്നു," അദ്ദേഹം പറയുന്നു. പിന്നീട്, കാമ്പ് മധ്യത്തിലേക്ക് മടങ്ങുന്നത് അവർ കണ്ടു - പക്ഷേ ഒരു വളഞ്ഞ പാതയിലൂടെ, നേർരേഖയിലൂടെയല്ല.

"അത് മധ്യഭാഗത്തേക്ക് നൃത്തം ചെയ്യുന്നതുപോലെയാകും," ഫോൾവൻ പറയുന്നു.

ഒരു സ്ലിപ്പ്, അത് കഴിഞ്ഞു

ഗവേഷകർക്ക് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഗുണങ്ങൾ മാറ്റാൻ അനുവദിക്കുന്ന, എന്നാൽ ഒരു STXM-ൽ എക്സ്-റേകളെ തടയുന്ന ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിന് മുകളിൽ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന എപ്പിറ്റാക്സിയൽ മെറ്റീരിയലുകളെക്കുറിച്ച് അവർ പഠിക്കുന്നതിനാലാണിത്.

NTNU നാനോലാബിൽ പ്രവർത്തിച്ചുകൊണ്ട്, ഗവേഷകർ തങ്ങളുടെ മൈക്രോമാഗ്നറ്റിനെ അതിന്റെ കാന്തിക ഗുണങ്ങൾ സംരക്ഷിക്കുന്നതിനായി കാർബണിന്റെ ഒരു പാളിക്കടിയിൽ കുഴിച്ചിട്ടുകൊണ്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പ്രശ്നം പരിഹരിച്ചു.

പിന്നീട് അവർ ഗാലിയം അയോണുകളുടെ ഒരു ഫോക്കസ്ഡ് ബീം ഉപയോഗിച്ച് അടിഭാഗത്തെ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം കൃത്യമായും ചിപ്പ് ചെയ്തു, വളരെ നേർത്ത പാളി മാത്രം അവശേഷിപ്പിച്ചു. കഠിനമായ ഈ പ്രക്രിയയ്ക്ക് ഒരു സാമ്പിളിന് എട്ട് മണിക്കൂർ എടുക്കും - ഒരു തവണ തെന്നിമാറിയാൽ അത് ദുരന്തത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.

"നിർണ്ണായകമായ കാര്യം, കാന്തികതയെ ഇല്ലാതാക്കിയാൽ, നമ്മൾ ബെർലിനിൽ ഇരിക്കുന്നതുവരെ അത് അറിയാൻ കഴിയില്ല എന്നതാണ്," അദ്ദേഹം പറയുന്നു. "തീർച്ചയായും, ഒന്നിൽ കൂടുതൽ സാമ്പിളുകൾ കൊണ്ടുവരിക എന്നതാണ് തന്ത്രം."

അടിസ്ഥാന ഭൗതികശാസ്ത്രം മുതൽ ഭാവി ഉപകരണങ്ങൾ വരെ

ഭാഗ്യവശാൽ അത് പ്രവർത്തിച്ചു, സൂക്ഷ്മകാന്തിക ഡൊമെയ്‌നുകൾ കാലക്രമേണ വളരുന്നതും ചുരുങ്ങുന്നതും എങ്ങനെയെന്ന് ചാർട്ട് ചെയ്യാൻ സംഘം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം തയ്യാറാക്കിയ സാമ്പിളുകൾ ഉപയോഗിച്ചു. ഏതൊക്കെ ശക്തികളാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നതെന്ന് നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ അവർ കമ്പ്യൂട്ടർ സിമുലേഷനുകളും സൃഷ്ടിച്ചു.

അടിസ്ഥാന ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ അറിവ് വികസിപ്പിക്കുന്നതിനൊപ്പം, ഈ ദൈർഘ്യ, സമയ സ്കെയിലുകളിൽ കാന്തികത എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഭാവിയിലെ ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിൽ സഹായകമാകും.

ഡാറ്റ സംഭരണത്തിനായി കാന്തികത ഇതിനകം തന്നെ ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നുണ്ട്, എന്നാൽ ഗവേഷകർ നിലവിൽ ഇത് കൂടുതൽ ഉപയോഗപ്പെടുത്താനുള്ള വഴികൾ തേടുകയാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു മൈക്രോമാഗ്നറ്റിന്റെ വോർടെക്സ് കോറിന്റെയും ഡൊമെയ്‌നുകളുടെയും കാന്തിക ഓറിയന്റേഷനുകൾ 0s, 1s എന്നിവയുടെ രൂപത്തിൽ വിവരങ്ങൾ എൻകോഡ് ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിച്ചേക്കാം.

ഗവേഷകർ ഇപ്പോൾ ആന്റി-ഫെറോമാഗ്നറ്റിക് വസ്തുക്കളുമായി ഈ പ്രവർത്തനം ആവർത്തിക്കാൻ ലക്ഷ്യമിടുന്നു, അവിടെ വ്യക്തിഗത കാന്തിക നിമിഷങ്ങളുടെ ആകെ പ്രഭാവം ഇല്ലാതാകുന്നു. കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ കാര്യത്തിൽ ഇവ പ്രതീക്ഷ നൽകുന്നതാണ് - സിദ്ധാന്തത്തിൽ, കുറച്ച് ഊർജ്ജം ആവശ്യമുള്ളതും വൈദ്യുതി നഷ്ടപ്പെട്ടാലും സ്ഥിരത നിലനിർത്തുന്നതുമായ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ആന്റി-ഫെറോമാഗ്നറ്റിക് വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കാം - എന്നാൽ അവ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന സിഗ്നലുകൾ വളരെ ദുർബലമാകുമെന്നതിനാൽ അന്വേഷിക്കുന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

ആ വെല്ലുവിളി ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, ഫോൾവൻ ശുഭാപ്തിവിശ്വാസിയാണ്. "എക്സ്-റേ ഉപയോഗിച്ച് സാമ്പിളുകൾ നിർമ്മിക്കാനും അവ പരിശോധിക്കാനും കഴിയുമെന്ന് കാണിച്ചുകൊണ്ട് ഞങ്ങൾ ആദ്യപടി പൂർത്തിയാക്കി," അദ്ദേഹം പറയുന്നു. "അടുത്ത ഘട്ടം ഒരു ആന്റി-ഫെറോ മാഗ്നറ്റിക് മെറ്റീരിയലിൽ നിന്ന് മതിയായ സിഗ്നൽ ലഭിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള സാമ്പിളുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയുമോ എന്ന് നോക്കുക എന്നതാണ്."