Watafiti kutoka NTNU wanaangazia nyenzo za sumaku kwa mizani midogo kwa kuunda filamu kwa msaada wa miale ya X yenye mwangaza mwingi.
Erik Folven, mkurugenzi mwenza wa kikundi cha oksidi za kielektroniki katika Idara ya Mifumo ya Kielektroniki ya NTNU, na wenzake kutoka NTNU na Chuo Kikuu cha Ghent nchini Ubelgiji walianza kuona jinsi sumaku ndogo za filamu nyembamba zinavyobadilika zinaposumbuliwa na uwanja wa sumaku wa nje. Kazi hiyo, iliyofadhiliwa kwa kiasi na NTNU Nano na Baraza la Utafiti la Norway, ilichapishwa katika jarida la Physical Review Research.
Sumaku ndogo
Einar Standal Digernes alivumbua sumaku ndogo za mraba zilizotumika katika majaribio.
Sumaku ndogo za mraba, zilizoundwa na mgombea wa NTNU Ph.D. Einar Standal Digernes, zina upana wa mikromita mbili tu na zimegawanywa katika nyanja nne za pembetatu, kila moja ikiwa na mwelekeo tofauti wa sumaku unaoelekea upande wa saa au kinyume na upande wa saa kuzunguka sumaku.
Katika baadhi ya vifaa vya sumaku, vikundi vidogo vya atomi huunganishwa pamoja katika maeneo yanayoitwa vikoa, ambapo elektroni zote zina mwelekeo sawa wa sumaku.
Katika sumaku za NTNU, vikoa hivi hukutana katika sehemu ya kati—kiini cha vortex—ambapo wakati wa sumaku huelekeza moja kwa moja ndani au nje ya ndege ya nyenzo.
"Tunapotumia uga wa sumaku, maeneo haya mengi zaidi yataelekeza upande mmoja," anasema Folven. "Yanaweza kukua na kupungua, na kisha yanaweza kuungana."
Elektroni karibu kwa kasi ya mwanga
Kuona hili likitokea si rahisi. Watafiti walipeleka micromagnets zao kwenye synchrotron yenye umbo la donati yenye upana wa mita 80, inayojulikana kama BESSY II, huko Berlin, ambapo elektroni huharakishwa hadi zisafiri kwa kasi ya karibu ya mwanga. Elektroni hizo zinazosonga kwa kasi kisha hutoa miale ya X yenye mwanga mkali sana.
"Tunachukua miale hii ya X na kuitumia kama mwangaza katika darubini yetu," anasema Folven.
Kwa sababu elektroni husafiri kuzunguka synchrotron katika mafungu yaliyotenganishwa na nanosekunde mbili, miale ya X wanayotoa huja katika mapigo sahihi.
Darubini ya X-ray ya upitishaji wa skani, au STXM, huchukua miale hiyo ya X ili kuunda taswira ya muundo wa sumaku wa nyenzo hiyo. Kwa kushona picha hizi pamoja, watafiti wanaweza kimsingi kuunda filamu inayoonyesha jinsi maikrosumaku inavyobadilika baada ya muda.
Kwa msaada wa STXM, Folven na wenzake walivuruga sumaku zao ndogo kwa mpigo wa mkondo uliozalisha uwanja wa sumaku, na waliona vikoa vikibadilika umbo na kiini cha vortex kikihama kutoka katikati.
"Una sumaku ndogo sana, kisha unaichoma na kujaribu kuipiga picha inapotulia tena," anasema. Baadaye, waliona kiini kikirudi katikati—lakini kwenye njia inayopinda, si mstari ulionyooka.
"Itarudi katikati kama ngoma," anasema Folven.
Kuteleza moja na kumekwisha
Hiyo ni kwa sababu wanasoma nyenzo za epitaxial, ambazo huundwa juu ya substrate ambayo inaruhusu watafiti kurekebisha sifa za nyenzo hiyo, lakini ingezuia miale ya X katika STXM.
Wakifanya kazi katika NTNU NanoLab, watafiti walitatua tatizo la substrate kwa kuzika micromagnet yao chini ya safu ya kaboni ili kulinda sifa zake za sumaku.
Kisha waliondoa kwa uangalifu na kwa usahihi sehemu ya chini kwa kutumia boriti iliyolengwa ya ioni za galliamu hadi safu nyembamba sana tu ilipobaki. Mchakato huo wenye uchungu ungeweza kuchukua saa nane kwa kila sampuli—na kuteleza mara moja kunaweza kusababisha maafa.
"Jambo muhimu ni kwamba, ukiua sumaku, hatutajua hilo kabla hatujakaa Berlin," anasema. "Ujanja ni, bila shaka, kuleta sampuli zaidi ya moja."
Kuanzia fizikia ya msingi hadi vifaa vya baadaye
Kwa bahati nzuri ilifanya kazi, na timu ilitumia sampuli zao zilizoandaliwa kwa uangalifu ili kupanga jinsi vikoa vya micromagneti vinavyokua na kupungua baada ya muda. Pia waliunda simulizi za kompyuta ili kuelewa vyema ni nguvu gani zilikuwa zikifanya kazi.
Mbali na kuendeleza ujuzi wetu wa fizikia ya msingi, kuelewa jinsi sumaku inavyofanya kazi kwa urefu na mizani hii ya muda kunaweza kusaidia katika kuunda vifaa vya siku zijazo.
Sumaku tayari inatumika kwa ajili ya kuhifadhi data, lakini watafiti kwa sasa wanatafuta njia za kuitumia zaidi. Mielekeo ya sumaku ya kiini cha vortex na vikoa vya micromagnet, kwa mfano, inaweza kutumika kusimba taarifa katika mfumo wa 0 na 1s.
Watafiti sasa wanalenga kurudia kazi hii kwa kutumia nyenzo zinazopinga ferisumaku, ambapo athari halisi ya nyakati za sumaku za kila mtu hupotea. Hizi zinaahidi linapokuja suala la kompyuta—kwa nadharia, nyenzo zinazopinga ferisumaku zinaweza kutumika kutengeneza vifaa vinavyohitaji nishati kidogo na kubaki imara hata wakati nguvu inapotea—lakini ni vigumu zaidi kuchunguza kwa sababu ishara wanazotoa zitakuwa dhaifu zaidi.
Licha ya changamoto hiyo, Folven ana matumaini. "Tumeshughulikia eneo la kwanza kwa kuonyesha kwamba tunaweza kutengeneza sampuli na kuzichunguza kwa kutumia X-rays," anasema. "Hatua inayofuata itakuwa kuona kama tunaweza kutengeneza sampuli zenye ubora wa kutosha ili kupata ishara ya kutosha kutoka kwa nyenzo inayopinga feri."
Muda wa chapisho: Mei-10-2021