NTNU चे संशोधक काही अत्यंत तेजस्वी क्ष-किरणांच्या मदतीने चित्रपट तयार करून लहान प्रमाणात चुंबकीय पदार्थांवर प्रकाश टाकत आहेत.
NTNU च्या इलेक्ट्रॉनिक सिस्टीम विभागातील ऑक्साईड इलेक्ट्रॉनिक्स ग्रुपचे सह-संचालक एरिक फोल्व्हेन आणि बेल्जियममधील NTNU आणि गेन्ट विद्यापीठातील सहकारी बाहेरील चुंबकीय क्षेत्रामुळे विचलित झाल्यावर पातळ-फिल्म सूक्ष्मचुंबक कसे बदलतात हे पाहण्यासाठी निघाले. NTNU नॅनो आणि नॉर्वेच्या संशोधन परिषदेने अंशतः निधी दिलेले हे काम फिजिकल रिव्ह्यू रिसर्च जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले.
लहान चुंबक
प्रयोगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या लहान चौकोनी चुंबकांचा शोध आयनार स्टँडल डायगर्नेस यांनी लावला.
एनटीएनयू पीएच.डी. उमेदवार आयनर स्टँडल डायगर्नेस यांनी तयार केलेले हे लहान चौकोनी चुंबक फक्त दोन मायक्रोमीटर रुंद आहेत आणि चार त्रिकोणी डोमेनमध्ये विभागलेले आहेत, प्रत्येक चुंबकाभोवती घड्याळाच्या दिशेने किंवा घड्याळाच्या विरुद्ध दिशेने निर्देशित करणारे वेगवेगळे चुंबकीय अभिमुखता आहे.
काही चुंबकीय पदार्थांमध्ये, अणूंचे छोटे गट एकत्र येऊन डोमेन नावाच्या क्षेत्रात एकत्र येतात, ज्यामध्ये सर्व इलेक्ट्रॉनांचे चुंबकीय अभिमुखता समान असते.
NTNU चुंबकांमध्ये, हे डोमेन एका मध्यवर्ती बिंदूवर - व्हर्टेक्स कोर - भेटतात जिथे चुंबकीय क्षण थेट पदार्थाच्या समतलात किंवा बाहेर निर्देशित करतो.
"जेव्हा आपण चुंबकीय क्षेत्र लागू करतो, तेव्हा यापैकी अधिकाधिक डोमेन एकाच दिशेने निर्देशित होतील," फोल्व्हेन म्हणतात. "ते वाढू शकतात आणि ते आकुंचन पावू शकतात आणि नंतर ते एकमेकांमध्ये विलीन होऊ शकतात."
इलेक्ट्रॉन जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाने
हे घडताना पाहणे सोपे नाही. संशोधकांनी त्यांचे सूक्ष्मचुंबक बर्लिनमधील ८० मीटर रुंद डोनट-आकाराच्या सिंक्रोट्रॉनमध्ये नेले, ज्याला BESSY II म्हणून ओळखले जाते, जिथे इलेक्ट्रॉन प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करेपर्यंत प्रवेगित होतात. ते जलद गतीने जाणारे इलेक्ट्रॉन नंतर अत्यंत तेजस्वी एक्स-रे उत्सर्जित करतात.
"आम्ही हे एक्स-रे घेतो आणि आमच्या सूक्ष्मदर्शकात प्रकाश म्हणून वापरतो," फोल्व्हेन म्हणतात.
इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉनभोवती दोन नॅनोसेकंदांनी विभक्त केलेल्या गुच्छांमध्ये फिरत असल्याने, ते उत्सर्जित करणारे एक्स-रे अचूक स्पंदनात येतात.
स्कॅनिंग ट्रान्समिशन एक्स-रे मायक्रोस्कोप, किंवा STXM, त्या एक्स-रेंना पदार्थाच्या चुंबकीय संरचनेचा स्नॅपशॉट तयार करण्यासाठी घेते. हे स्नॅपशॉट एकत्र जोडून, संशोधक मूलतः सूक्ष्मचुंबक कालांतराने कसे बदलते हे दर्शविणारा चित्रपट तयार करू शकतात.
STXM च्या मदतीने, फोल्व्हन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी त्यांच्या सूक्ष्मचुंबकांना चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करणाऱ्या विद्युतप्रवाहाच्या नाडीने विचलित केले आणि डोमेनचा आकार बदलला आणि व्हर्टेक्स कोर मध्यभागीून हलताना पाहिले.
"तुमच्याकडे एक खूप लहान चुंबक आहे, आणि मग तुम्ही त्याला टोचता आणि ते पुन्हा स्थिरावताना त्याची कल्पना करण्याचा प्रयत्न करता," तो म्हणतो. नंतर, त्यांना गाभा मध्यभागी परतताना दिसला - पण सरळ रेषेत नाही तर वळणदार मार्गाने.
"ते पुन्हा मध्यभागी परत येईल," फोल्व्हेन म्हणतात.
एक स्लिप आणि ते संपले
कारण ते एपिटॅक्सियल मटेरियलचा अभ्यास करतात, जे सब्सट्रेटच्या वर तयार केले जातात जे संशोधकांना मटेरियलचे गुणधर्म बदलण्याची परवानगी देतात, परंतु STXM मध्ये एक्स-रे ब्लॉक करतात.
NTNU नॅनोलॅबमध्ये काम करताना, संशोधकांनी त्यांच्या सूक्ष्मचुंबकांना कार्बनच्या थराखाली गाडून त्याच्या चुंबकीय गुणधर्मांचे संरक्षण करून सब्सट्रेटची समस्या सोडवली.
मग त्यांनी गॅलियम आयनच्या केंद्रित तुळईने खालचा थर काळजीपूर्वक आणि अचूकपणे कापला जोपर्यंत फक्त एक पातळ थर शिल्लक राहिला नाही. या कष्टाळू प्रक्रियेला प्रत्येक नमुन्यासाठी आठ तास लागू शकतात - आणि एक चूक आपत्तीचे कारण बनू शकते.
"महत्वाची गोष्ट अशी आहे की, जर तुम्ही चुंबकत्व नष्ट केले तर बर्लिनमध्ये बसण्यापूर्वी आपल्याला ते कळणार नाही," तो म्हणतो. "युक्ती म्हणजे, अर्थातच, एकापेक्षा जास्त नमुने आणणे."
मूलभूत भौतिकशास्त्रापासून भविष्यातील उपकरणांपर्यंत
सुदैवाने ते काम करत राहिले आणि टीमने त्यांच्या काळजीपूर्वक तयार केलेल्या नमुन्यांचा वापर करून सूक्ष्मचुंबकांचे डोमेन कालांतराने कसे वाढतात आणि कसे आकुंचन पावतात हे चार्ट केले. कोणत्या शक्ती कार्यरत आहेत हे चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी त्यांनी संगणक सिम्युलेशन देखील तयार केले.
मूलभूत भौतिकशास्त्राचे आपले ज्ञान वाढवण्याबरोबरच, या लांबी आणि वेळेच्या प्रमाणात चुंबकत्व कसे कार्य करते हे समजून घेणे भविष्यातील उपकरणे तयार करण्यात उपयुक्त ठरू शकते.
डेटा स्टोरेजसाठी चुंबकत्वाचा वापर आधीच केला जात आहे, परंतु संशोधक सध्या त्याचा अधिक वापर करण्याचे मार्ग शोधत आहेत. उदाहरणार्थ, व्हर्टेक्स कोर आणि मायक्रोमॅग्नेटच्या डोमेनचे चुंबकीय अभिमुखता कदाचित 0 आणि 1 च्या स्वरूपात माहिती एन्कोड करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.
संशोधक आता अँटी-फेरोमॅग्नेटिक मटेरियलसह हे काम पुन्हा करण्याचा प्रयत्न करत आहेत, जिथे वैयक्तिक चुंबकीय क्षणांचा निव्वळ परिणाम रद्द होतो. संगणनाच्या बाबतीत हे आशादायक आहे - सिद्धांततः, अँटी-फेरोमॅग्नेटिक मटेरियलचा वापर अशी उपकरणे बनवण्यासाठी केला जाऊ शकतो ज्यांना कमी ऊर्जा लागते आणि वीज गेली तरीही स्थिर राहते - परंतु ते तपासणे खूप कठीण आहे कारण ते तयार करणारे सिग्नल खूपच कमकुवत असतील.
त्या आव्हानाला न जुमानता, फोल्व्हेन आशावादी आहे. "आम्ही नमुने बनवू शकतो आणि एक्स-रे वापरून ते पाहू शकतो हे दाखवून आम्ही पहिले पाऊल उचलले आहे," तो म्हणतो. "पुढील पाऊल म्हणजे अँटी-फेरोमॅग्नेटिक मटेरियलमधून पुरेसा सिग्नल मिळण्यासाठी आपण पुरेसे उच्च दर्जाचे नमुने बनवू शकतो का हे पाहणे."
पोस्ट वेळ: मे-१०-२०२१