Watafiti kutoka NTNU wanaangazia nyenzo za sumaku kwa mizani ndogo kwa kuunda sinema kwa usaidizi wa X-rays angavu sana.
Erik Folven, mkurugenzi mwenza wa kikundi cha vifaa vya kielektroniki vya oksidi katika Idara ya Mifumo ya Kielektroniki ya NTNU, na wafanyakazi wenzake kutoka NTNU na Chuo Kikuu cha Ghent nchini Ubelgiji waliazimia kuona jinsi sumaku-filamu nyembamba hubadilika zinapovurugwa na uga wa sumaku wa nje.Kazi hiyo, iliyofadhiliwa kwa sehemu na NTNU Nano na Baraza la Utafiti la Norwe, ilichapishwa katika jarida la Utafiti wa Mapitio ya Kimwili.
Sumaku ndogo
Einar Standal Digernes alivumbua sumaku ndogo za mraba zilizotumiwa katika majaribio.
Sumaku ndogo za mraba, iliyoundwa na NTNU Ph.D.mgombea Einar Standal Digernes, zina upana wa mikromita mbili tu na zimegawanyika katika vikoa vinne vya pembe tatu, kila moja ikiwa na mwelekeo tofauti wa sumaku unaoelekeza saa au kinyume na sumaku kuzunguka sumaku.
Katika nyenzo fulani za sumaku, vikundi vidogo vya atomi hujipanga pamoja katika maeneo yanayoitwa vikoa, ambamo elektroni zote zina uelekeo sawa wa sumaku.
Katika sumaku za NTNU, vikoa hivi hukutana katika sehemu kuu—kiini cha vortex—ambapo muda wa sumaku huelekeza moja kwa moja ndani au nje ya ndege ya nyenzo.
"Tunapotumia uwanja wa sumaku, zaidi na zaidi ya vikoa hivi vitaelekeza upande mmoja," anasema Folven."Wanaweza kukua na wanaweza kusinyaa, kisha wanaweza kuungana kuwa mmoja na mwingine."
Elektroni karibu kwa kasi ya mwanga
Kuona hili likitokea si rahisi.Watafiti walichukua sumaku ndogo zao hadi kwenye synchrotron yenye umbo la donut yenye upana wa 80m, inayojulikana kama BESSY II, huko Berlin, ambapo elektroni huharakishwa hadi zinasafiri kwa karibu kasi ya mwanga.Elektroni hizo zinazosonga haraka kisha hutoa X-rays angavu sana.
"Tunachukua X-rays hizi na kuzitumia kama mwanga katika darubini yetu," asema Folven.
Kwa sababu elektroni husafiri kuzunguka synchrotron katika mikungu iliyotenganishwa na nanoseconds mbili, mionzi ya X ambayo hutoa huja katika mipigo sahihi.
Usambazaji wa hadubini ya X-ray, au STXM, huchukua X-ray hizo ili kuunda taswira ya muundo wa sumaku wa nyenzo.Kwa kuunganisha picha hizi pamoja, watafiti wanaweza kuunda sinema inayoonyesha jinsi sumaku ndogo inabadilika kwa wakati.
Kwa msaada wa STXM, Folven na wenzake walivuruga sumaku-makrofoni zao kwa mpigo wa sasa ambao ulitoa uwanja wa sumaku, na kuona vikoa vinabadilika sura na msingi wa vortex kutoka katikati.
"Una sumaku ndogo sana, halafu unaichokoza na kujaribu kuipiga picha inapotua tena," anasema.Baadaye, waliona msingi ukirudi katikati-lakini kwenye njia inayopinda, sio mstari ulionyooka.
"Itacheza tena katikati," anasema Folven.
Kuteleza moja na imekwisha
Hiyo ni kwa sababu wanasoma nyenzo za epitaxial, ambazo zimeundwa juu ya substrate ambayo inaruhusu watafiti kurekebisha sifa za nyenzo, lakini ingezuia mionzi ya X kwenye STXM.
Kufanya kazi katika NTNU NanoLab, watafiti walitatua tatizo la substrate kwa kuzika micromagnet yao chini ya safu ya kaboni ili kulinda mali yake ya sumaku.
Kisha walikata kwa uangalifu na kwa usahihi substrate chini kwa boriti iliyoelekezwa ya ioni za galliamu hadi safu nyembamba sana ikabaki.Mchakato huo mgumu unaweza kuchukua saa nane kwa kila sampuli—na kuteleza moja kunaweza kusababisha maafa.
"Jambo muhimu ni kwamba, ikiwa utaua sumaku, hatutajua hilo kabla hatujaketi Berlin," anasema."Ujanja ni, kwa kweli, kuleta zaidi ya sampuli moja."
Kutoka kwa fizikia ya kimsingi hadi vifaa vya siku zijazo
Kwa bahati nzuri ilifanya kazi, na timu ilitumia sampuli zao zilizotayarishwa kwa uangalifu kuorodhesha jinsi vikoa vya sumaku-madogo hukua na kusinyaa kwa muda.Pia waliunda uigaji wa kompyuta ili kuelewa vyema ni nguvu gani zilikuwa kazini.
Pamoja na kuendeleza ujuzi wetu wa fizikia ya kimsingi, kuelewa jinsi usumaku unavyofanya kazi katika mizani hii ya urefu na wakati kunaweza kusaidia katika kuunda vifaa vya siku zijazo.
Sumaku tayari inatumika kuhifadhi data, lakini watafiti kwa sasa wanatafuta njia za kuitumia zaidi.Mielekeo ya sumaku ya msingi wa vortex na vikoa vya sumaku-madogo, kwa mfano, inaweza kutumika kusimba taarifa katika mfumo wa sekunde 0 na 1.
Watafiti sasa wanalenga kurudia kazi hii kwa vifaa vya kupambana na ferromagnetic, ambapo athari halisi ya muda wa sumaku ya mtu binafsi hughairi.Haya yanatia matumaini linapokuja suala la kompyuta-kinadharia, nyenzo za kuzuia-ferromagnetic zinaweza kutumiwa kutengeneza vifaa vinavyohitaji nishati kidogo na kubaki thabiti hata wakati nguvu imepotea-lakini ni ujanja zaidi kuchunguza kwa sababu ishara zinazotolewa zitakuwa dhaifu zaidi. .
Licha ya changamoto hiyo, Folven ana matumaini."Tumeshughulikia msingi wa kwanza kwa kuonyesha tunaweza kutengeneza sampuli na kuziangalia kwa X-rays," anasema."Hatua inayofuata itakuwa kuona ikiwa tunaweza kutengeneza sampuli za ubora wa juu wa kutosha ili kupata mawimbi ya kutosha kutoka kwa nyenzo ya kuzuia feri."
Muda wa kutuma: Mei-10-2021