Studiuesit nga NTNU po hedhin dritë mbi materialet magnetike në shkallë të vogla duke krijuar filma me ndihmën e disa rrezeve X jashtëzakonisht të ndritshme.
Erik Folven, bashkëdrejtor i grupit të elektronikës së oksidit në Departamentin e Sistemeve Elektronike të NTNU-së, dhe kolegët e tij nga NTNU dhe Universiteti i Ghentit në Belgjikë nisën të shihnin se si ndryshojnë mikromagnetet me film të hollë kur shqetësohen nga një fushë magnetike e jashtme. Puna, e financuar pjesërisht nga NTNU Nano dhe Këshilli i Kërkimeve të Norvegjisë, u botua në revistën Physical Review Research.
Magnetë të vegjël
Einar Standal Digernes shpiku magnetët e vegjël katrorë të përdorur në eksperimente.
Magnetët e vegjël katrorë, të krijuar nga kandidati për doktoraturë në NTNU, Einar Standal Digernes, janë vetëm dy mikrometra të gjerë dhe të ndarë në katër domene trekëndëshe, secila me një orientim të ndryshëm magnetik që tregon në drejtim të akrepave të orës ose në drejtim të kundërt të akrepave të orës rreth magneteve.
Në disa materiale magnetike, grupe më të vogla atomesh bashkohen në zona të quajtura domene, në të cilat të gjithë elektronet kanë të njëjtin orientim magnetik.
Në magnetët NTNU, këto domene takohen në një pikë qendrore - bërthamën e vorbullës - ku momenti magnetik tregon drejtpërdrejt brenda ose jashtë planit të materialit.
«Kur aplikojmë një fushë magnetike, gjithnjë e më shumë nga këto domene do të tregojnë në të njëjtin drejtim», thotë Folven. «Ato mund të rriten dhe mund të tkurren, dhe pastaj mund të bashkohen me njëra-tjetrën».
Elektrone pothuajse me shpejtësinë e dritës
Të shohësh këtë të ndodhë nuk është e lehtë. Studiuesit i çuan mikromagnetet e tyre në një sinkrotron në formë petulle me gjerësi 80 metra, të njohur si BESSY II, në Berlin, ku elektronet përshpejtohen derisa të udhëtojnë pothuajse me shpejtësinë e dritës. Ato elektrone që lëvizin shpejt më pas lëshojnë rreze X jashtëzakonisht të ndritshme.
«Ne i marrim këto rreze X dhe i përdorim si dritë në mikroskopin tonë», thotë Folven.
Meqenëse elektronet udhëtojnë rreth sinkrotronit në tufa të ndara nga dy nanosekonda, rrezet X që ato emetojnë vijnë në pulse të sakta.
Një mikroskop me rreze X me skanim dhe transmetim, ose STXM, i merr këto rreze X për të krijuar një pamje të strukturës magnetike të materialit. Duke i bashkuar këto pamje së bashku, studiuesit në thelb mund të krijojnë një film që tregon se si ndryshon mikromagneti me kalimin e kohës.
Me ndihmën e STXM, Folven dhe kolegët e tij i trazuan mikromagnetët e tyre me një puls rryme që gjeneroi një fushë magnetike dhe pa që domenet të ndryshonin formë dhe bërthama e vorbullës të lëvizte nga qendra.
«Ke një magnet shumë të vogël, dhe pastaj e shpon dhe përpiqesh ta imazhosh ndërsa ai vendoset përsëri», thotë ai. Më pas, ata panë bërthamën të kthehej në mes - por përgjatë një shtegu dredha-dredha, jo një vije të drejtë.
«Do të kërcejë duke u kthyer në qendër», thotë Folven.
Një rrëshqitje dhe mbaroi
Kjo për shkak se ata studiojnë materiale epitaksiale, të cilat krijohen sipër një substrati që u lejon studiuesve të ndryshojnë vetitë e materialit, por do të bllokonte rrezet X në një STXM.
Duke punuar në NTNU NanoLab, studiuesit e zgjidhën problemin e substratit duke e varrosur mikromagnetin e tyre nën një shtresë karboni për të mbrojtur vetitë e tij magnetike.
Pastaj ata e copëtuan me kujdes dhe saktësi substratin poshtë me një rreze të fokusuar jonesh galiumi derisa mbeti vetëm një shtresë shumë e hollë. Procesi i mundimshëm mund të zgjaste tetë orë për mostër - dhe një gabim mund të sillte katastrofë.
«Gjëja kritike është se, nëse e vret magnetizmin, nuk do ta dimë këtë para se të ulemi në Berlin», thotë ai. «Truku është, sigurisht, të sjellësh më shumë se një mostër».
Nga fizika themelore te pajisjet e së ardhmes
Për fat të mirë funksionoi dhe ekipi përdori mostrat e përgatitura me kujdes për të paraqitur në grafik se si domenet e mikromagnetit rriten dhe tkurren me kalimin e kohës. Ata gjithashtu krijuan simulime kompjuterike për të kuptuar më mirë se cilat forca ishin në veprim.
Përveç avancimit të njohurive tona mbi fizikën themelore, të kuptuarit se si funksionon magnetizmi në këto gjatësi dhe shkallë kohore mund të jetë i dobishëm në krijimin e pajisjeve të së ardhmes.
Magnetizmi përdoret tashmë për ruajtjen e të dhënave, por studiuesit aktualisht po kërkojnë mënyra për ta shfrytëzuar atë më tej. Orientimet magnetike të bërthamës së vorbullës dhe domeneve të një mikromagneti, për shembull, ndoshta mund të përdoren për të koduar informacionin në formën e 0-ve dhe 1-shve.
Studiuesit tani synojnë ta përsërisin këtë punë me materiale antiferromagnetike, ku efekti neto i momenteve magnetike individuale anulohet. Këto janë premtuese kur bëhet fjalë për informatikën - në teori, materialet antiferromagnetike mund të përdoren për të bërë pajisje që kërkojnë pak energji dhe mbeten të qëndrueshme edhe kur ndërpritet energjia - por shumë më të vështira për t'u hetuar sepse sinjalet që ato prodhojnë do të jenë shumë më të dobëta.
Pavarësisht kësaj sfide, Folven është optimist. “Ne e kemi mbuluar hapin e parë duke treguar se mund të bëjmë mostra dhe t’i shqyrtojmë ato me rreze X”, thotë ai. “Hapi tjetër do të jetë të shohim nëse mund të bëjmë mostra me cilësi mjaftueshëm të lartë për të marrë sinjal të mjaftueshëm nga një material antiferromagnetik.”
Koha e postimit: 10 maj 2021