NTNU-ийн судлаачид маш тод рентген туяаны тусламжтайгаар кино бүтээх замаар жижиг хэмжээний соронзон материалыг гэрэлтүүлж байна.
NTNU-ийн Электрон Системийн тэнхимийн исэл электроникийн бүлгийн хамтран захирал Эрик Фолвен болон Бельгийн NTNU болон Гентийн Их Сургуулийн хамтрагчид гадны соронзон орны нөлөөнд автсан үед нимгэн хальсан бичил соронзон хэрхэн өөрчлөгддөгийг судлахаар явсан. NTNU Nano болон Норвегийн Судалгааны Зөвлөлийн хэсэгчлэн санхүүжүүлсэн энэхүү бүтээлийг Physical Review Research сэтгүүлд нийтэлжээ.
Жижигхэн соронзнууд
Эйнар Стандал Дигернес туршилтад ашигласан жижиг дөрвөлжин соронзыг зохион бүтээжээ.
NTNU-ийн докторын зэрэг хамгаалсан Эйнар Стандал Дигернесийн бүтээсэн жижиг дөрвөлжин соронзнууд нь ердөө хоёр микрометр өргөн бөгөөд дөрвөн гурвалжин домэйнд хуваагддаг бөгөөд тус бүр нь соронзны эргэн тойронд цагийн зүүний дагуу эсвэл цагийн зүүний эсрэг чиглэлтэй өөр өөр соронзон чиглэлтэй байдаг.
Зарим соронзон материалд атомуудын жижиг бүлгүүд домэйн гэж нэрлэгддэг хэсгүүдэд нэгддэг бөгөөд эдгээр хэсгүүдэд бүх электронууд ижил соронзон чиглэлтэй байдаг.
NTNU соронзонд эдгээр домэйнууд нь төв цэг болох эргүүлгийн цөмд уулздаг бөгөөд соронзон момент нь материалын хавтгайд шууд эсвэл гадна талд чиглэдэг.
"Бид соронзон орон хэрэглэх үед эдгээр домэйнүүдийн улам олон нь нэг чиглэлд чиглэх болно" гэж Фолвен хэлэв. "Тэд өсөж, агшиж, дараа нь бие биедээ нэгдэж болно."
Электронууд бараг гэрлийн хурдаар
Үүнийг харах амаргүй. Судлаачид бичил соронзонуудаа Берлин дэх BESSY II гэгддэг 80 метрийн өргөнтэй пончик хэлбэртэй синхротрон руу аваачсан бөгөөд тэнд электронууд бараг гэрлийн хурдаар хөдөлдөг болтол нь хурдасдаг. Дараа нь эдгээр хурдан хөдөлдөг электронууд маш тод рентген туяа ялгаруулдаг.
"Бид эдгээр рентген туяаг авч, микроскопын гэрэл болгон ашигладаг" гэж Фолвен хэлэв.
Электронууд синхротроныг тойрон хоёр наносекундээр тусгаарлагдсан багц хэлбэрээр хөдөлдөг тул тэдгээрийн ялгаруулдаг рентген туяа нь яг тодорхой импульсээр ирдэг.
Сканнердах дамжуулалтын рентген микроскоп буюу STXM нь эдгээр рентген туяаг авч, материалын соронзон бүтцийн агшин зургийг гаргадаг. Эдгээр агшин зургийг хооронд нь оёсноор судлаачид микро соронзон цаг хугацааны явцад хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг харуулсан кино бүтээж чадна.
STXM-ийн тусламжтайгаар Фолвен болон түүний хамтрагчид соронзон орон үүсгэдэг гүйдлийн импульсээр бичил соронзонуудаа хянаж, домэйнүүдийн хэлбэр өөрчлөгдөж, эргүүлгийн цөм төвөөсөө хөдлөхийг харсан.
"Чи маш жижиг соронзтой, дараа нь түүнийг цоолчихоод дахин тогтохыг нь төсөөлөхийг оролддог" гэж тэр хэлэв. Үүний дараа тэд цөм нь шулуун шугам биш, харин мушгирсан замаар төв рүүгээ буцаж ирэхийг харсан.
"Энэ нь төв рүүгээ буцаж бүжиглэх болно" гэж Фолвен хэлэв.
Нэг алдаа гаргаад л дуусчихлаа
Учир нь тэд эпитаксиаль материалыг судалдаг бөгөөд эдгээр нь судлаачдад материалын шинж чанарыг өөрчлөх боломжийг олгодог боловч STXM-д рентген туяаг хаах боломжтой субстратын дээр бүтээгдсэн байдаг.
NTNU NanoLab-д ажиллаж байхдаа судлаачид микро соронзонгоо нүүрстөрөгчийн давхарга дор булж, соронзон шинж чанарыг нь хамгаалах замаар субстратын асуудлыг шийдсэн.
Дараа нь тэд галлийн ионуудын фокуслагдсан цацрагаар доорх суурийг маш нимгэн давхарга үлдэх хүртэл болгоомжтой, нарийвчлалтайгаар хугалав. Нягт нямбай үйл явц нь дээж бүрт найман цаг шаардагдаж болох бөгөөд нэг удаагийн алдаа нь гамшигт хүргэж болзошгүй юм.
"Хамгийн чухал зүйл бол хэрэв та соронзон чанарыг нь устгавал бид Берлинд суухаасаа өмнө үүнийг мэдэхгүй болно" гэж тэр хэлэв. "Мэдээжийн хэрэг, гол арга нь нэгээс олон дээж авчрах явдал юм."
Үндсэн физикээс ирээдүйн төхөөрөмжүүд хүртэл
Азаар энэ нь үр дүнтэй болсон бөгөөд баг нь сайтар бэлтгэсэн дээжүүдээ ашиглан бичил соронзонгийн домэйн цаг хугацааны явцад хэрхэн өсөж, багасч байгааг харуулсан. Тэд мөн ямар хүч үйлчилж байгааг илүү сайн ойлгохын тулд компьютерийн симуляци хийсэн.
Үндсэн физикийн талаарх мэдлэгээ дээшлүүлэхээс гадна соронзон чанар нь эдгээр урт болон цаг хугацааны хэмжээнд хэрхэн ажилладагийг ойлгох нь ирээдүйн төхөөрөмжүүдийг бүтээхэд тустай байж болох юм.
Соронзон чанарыг өгөгдөл хадгалахад аль хэдийн ашиглаж байгаа боловч судлаачид одоогоор үүнийг цаашид ашиглах арга замыг хайж байна. Жишээлбэл, бичил соронзонгийн эргэлтийн цөм болон домэйнүүдийн соронзон чиглэлийг 0 ба 1 хэлбэрээр мэдээллийг кодлоход ашиглаж болох юм.
Судлаачид одоо энэ ажлыг ферромагнетийн эсрэг материалаар давтах зорилготой байгаа бөгөөд ингэснээр соронзон моментуудын цэвэр нөлөө арилдаг. Эдгээр нь тооцооллын хувьд ирээдүйтэй юм - онолын хувьд ферромагнетийн эсрэг материалыг бага эрчим хүч шаарддаг, цахилгаан тасарсан ч тогтвортой хэвээр байгаа төхөөрөмжүүдийг хийхэд ашиглаж болох ч тэдгээрийн үүсгэдэг дохио нь хамаагүй сул байх тул судлахад илүү төвөгтэй байдаг.
Энэ сорилт бэрхшээлийг үл харгалзан Фолвен өөдрөг үзэлтэй байна. “Бид дээж авч, рентген туяагаар шалгаж чаддагаа харуулснаар эхний алхмыг хийсэн” гэж тэр хэлэв. “Дараагийн алхам бол ферромагнет материалаас хангалттай дохио авахад хангалттай өндөр чанартай дээж хийж чадах эсэхээ харах явдал юм.”
Нийтэлсэн цаг: 2021 оны 5-р сарын 10