Para panalungtik ti NTNU keur nalungtik bahan magnét dina skala leutik ku cara nyieun pilem kalayan bantuan sababaraha sinar-X anu kacida caangna.
Erik Folven, ko-diréktur grup éléktronik oksida di Departemen Sistem Éléktronik NTNU, sareng kolega ti NTNU sareng Universitas Ghent di Bélgia ngamimitian pikeun ningali kumaha mikromagnet pilem ipis robih nalika kaganggu ku médan magnét luar. Karya ieu, anu sabagian dibiayaan ku NTNU Nano sareng Déwan Panalungtikan Norwégia, diterbitkeun dina jurnal Physical Review Research.
Magnet leutik
Einar Standal Digernes nimukeun magnét pasagi leutik anu dianggo dina ékspérimén-ékspérimén éta.
Magnet pasagi leutik, anu didamel ku calon Ph.D. NTNU Einar Standar Digernes, lébarna ngan dua mikrométer sareng dibagi kana opat domain segitiga, masing-masing kalayan orientasi magnét anu béda-béda nunjuk ka arah jarum jam atanapi ka arah anu sanés jarum jam di sakitar magnet.
Dina bahan magnét anu tangtu, sakumpulan atom anu langkung alit ngahiji kana daérah anu disebut domain, dimana sadaya éléktron gaduh orientasi magnét anu sami.
Dina magnet NTNU, domain ieu patepung di titik pusat—inti pusaran—dimana momen magnét nunjuk langsung ka jero atanapi ka luar bidang bahan.
"Nalika urang nerapkeun médan magnét, beuki seueur domain ieu bakal nunjuk ka arah anu sami," saur Folven. "Aranjeunna tiasa tumuwuh sareng tiasa ngaleutikan, teras tiasa ngahiji."
Éléktron ampir dina laju cahaya
Ningali ieu kajadian téh teu gampang. Para panalungtik mawa mikromagnetna ka sinkrotron bentuk donat lébarna 80 m, anu katelah BESSY II, di Berlin, dimana éléktron diakselerasi nepi ka ampir siga kecepatan cahaya. Éléktron anu gerak gancang éta tuluy ngaluarkeun sinar-X anu caang pisan.
"Kami nyandak sinar-X ieu sareng nganggo éta salaku cahaya dina mikroskop kami," saur Folven.
Kusabab éléktron ngarambat di sabudeureun sinkrotron dina tandan anu dipisahkeun ku dua nanodetik, sinar-X anu dipancarkeunana datang dina pulsa anu tepat.
Mikroskop sinar-X transmisi scanning, atanapi STXM, nyandak sinar-X éta pikeun nyiptakeun snapshot tina struktur magnét bahan. Ku ngahijikeun snapshot ieu, para panalungtik sacara dasarna tiasa nyiptakeun pilem anu nunjukkeun kumaha mikromagnet robih kana waktosna.
Kalayan bantosan STXM, Folven sareng kolegana ngaganggu mikromagnetna ku pulsa arus anu ngahasilkeun médan magnét, sareng ningali domainna robih bentuk sareng inti pusaran ngalih ti tengah.
"Anjeun gaduh magnét anu alit pisan, teras anjeun nyodok éta sareng nyobian ngabayangkeun éta nalika netep deui," saurna. Saatos éta, aranjeunna ningali inti na uih deui ka tengah—tapi sapanjang jalur anu ngagulung, sanés garis lempeng.
"Éta bakal siga ngibing deui ka tengah," saur Folven.
Hiji lepat sareng éta réngsé
Éta kusabab aranjeunna nalungtik bahan epitaksial, anu didamel di luhur substrat anu ngamungkinkeun para panaliti pikeun ngarobih sipat bahan, tapi bakal ngahalangan sinar-X dina STXM.
Gawé di NTNU NanoLab, para panalungtik ngarengsekeun masalah substrat ku cara ngubur mikromagnetna di handapeun lapisan karbon pikeun ngajaga sipat magnétna.
Teras aranjeunna ati-ati sareng tepat ngagiling substrat di handapeunana nganggo sinar ion galium anu fokus dugi ka ngan ukur lapisan anu ipis pisan anu tinggaleun. Prosés anu susah payah ieu tiasa nyandak dalapan jam per sampel — sareng hiji kasalahan tiasa nyababkeun bencana.
"Anu penting nyaéta, upami anjeun mareuman magnétisme éta, urang moal terang éta sateuacan urang calik di Berlin," saurna. "Trikna, tangtosna, nyaéta mawa langkung ti hiji sampel."
Ti fisika dasar dugi ka alat-alat anu bakal datang
Untungna éta hasil, sareng tim éta nganggo sampel anu disiapkeun sacara saksama pikeun ngagambar kumaha domain mikromagnet tumuwuh sareng ngaleutikan kana waktosna. Aranjeunna ogé nyiptakeun simulasi komputer pikeun langkung ngartos gaya naon anu dianggo.
Salian ti ningkatkeun pangaweruh urang ngeunaan fisika dasar, ngartos kumaha magnétisme jalan dina skala panjang sareng waktos ieu tiasa ngabantosan dina nyiptakeun alat-alat ka hareup.
Magnétisme geus dipaké pikeun neundeun data, tapi para panalungtik ayeuna keur néangan cara pikeun ngamangpaatkeunana leuwih jauh. Orientasi magnét tina inti vortex jeung domain mikromagnét, contona, bisa dipaké pikeun ngodekeun informasi dina wangun 0 jeung 1.
Para panalungtik ayeuna ngincer pikeun ngulang deui panilitian ieu nganggo bahan anti-feromagnetik, dimana pangaruh bersih tina momen magnét individu ngabatalkeun. Ieu ngajangjikeun dina hal komputasi — sacara téori, bahan anti-feromagnetik tiasa dianggo pikeun ngadamel alat anu meryogikeun sakedik énergi sareng tetep stabil sanaos daya leungit — tapi langkung sesah ditalungtik sabab sinyal anu dihasilkeun bakal langkung lemah.
Sanaos aya tantangan éta, Folven optimis. "Kami parantos ngalaksanakeun léngkah munggaran ku nunjukkeun yén kami tiasa ngadamel sampel sareng ningalina nganggo sinar-X," saurna. "Léngkah salajengna nyaéta ningali naha kami tiasa ngadamel sampel anu kualitasna cekap luhur pikeun kéngingkeun sinyal anu cekap tina bahan anti-feromagnetik."
Waktos posting: 10-Méi-2021