చిన్న అయస్కాంతాల లోపలి పనితీరును చూడటానికి ఒక కొత్త మార్గం

NTNU పరిశోధకులు కొన్ని అత్యంత ప్రకాశవంతమైన X-కిరణాల సహాయంతో సినిమాలను సృష్టించడం ద్వారా చిన్న ప్రమాణాల వద్ద అయస్కాంత పదార్థాలపై వెలుగునిస్తున్నారు.

NTNU యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్స్ విభాగంలో ఆక్సైడ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ గ్రూప్ సహ-డైరెక్టర్ ఎరిక్ ఫోల్వెన్ మరియు బెల్జియంలోని NTNU మరియు ఘెంట్ విశ్వవిద్యాలయం నుండి సహచరులు బయటి అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా చెదిరినప్పుడు సన్నని-పొర సూక్ష్మ అయస్కాంతాలు ఎలా మారుతాయో చూడటానికి బయలుదేరారు. NTNU నానో మరియు నార్వే పరిశోధన మండలి పాక్షికంగా నిధులు సమకూర్చిన ఈ పని ఫిజికల్ రివ్యూ రీసెర్చ్ జర్నల్‌లో ప్రచురించబడింది.

చిన్న అయస్కాంతాలు

ప్రయోగాలలో ఉపయోగించిన చిన్న చతురస్రాకార అయస్కాంతాలను ఐనార్ స్టాండల్ డిగెర్నెస్ కనుగొన్నారు.

NTNU Ph.D. అభ్యర్థి ఐనార్ స్టాండల్ డైగర్నెస్ సృష్టించిన చిన్న చతురస్రాకార అయస్కాంతాలు కేవలం రెండు మైక్రోమీటర్ల వెడల్పు కలిగి నాలుగు త్రిభుజాకార డొమైన్‌లుగా విభజించబడ్డాయి, ప్రతి ఒక్కటి అయస్కాంతాల చుట్టూ సవ్యదిశలో లేదా అపసవ్య దిశలో చూపే విభిన్న అయస్కాంత ధోరణిని కలిగి ఉంటాయి.

కొన్ని అయస్కాంత పదార్థాలలో, అణువుల చిన్న సమూహాలు డొమైన్‌లు అని పిలువబడే ప్రాంతాలుగా కలిసి ఉంటాయి, దీనిలో అన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఒకే అయస్కాంత ధోరణిని కలిగి ఉంటాయి.

NTNU అయస్కాంతాలలో, ఈ డొమైన్‌లు ఒక కేంద్ర బిందువు వద్ద కలుస్తాయి - వోర్టెక్స్ కోర్ - ఇక్కడ అయస్కాంత క్షణం పదార్థం యొక్క సమతలంలోకి లేదా వెలుపలికి నేరుగా సూచిస్తుంది.

"మనం అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు, ఈ డొమైన్‌లలో ఎక్కువ భాగం ఒకే దిశలో చూపబడతాయి" అని ఫోల్వెన్ చెప్పారు. "అవి పెరుగుతాయి మరియు కుంచించుకుపోవచ్చు, ఆపై అవి ఒకదానిలో ఒకటి విలీనం కావచ్చు."

ఎలక్ట్రాన్లు దాదాపు కాంతి వేగంతో ఉంటాయి

ఇది జరగడం చూడటం అంత సులభం కాదు. పరిశోధకులు తమ సూక్ష్మ అయస్కాంతాలను బెర్లిన్‌లోని BESSY II అని పిలువబడే 80 మీటర్ల వెడల్పు గల డోనట్ ఆకారపు సింక్రోట్రోన్‌కు తీసుకెళ్లారు, అక్కడ ఎలక్ట్రాన్‌లు కాంతి వేగంతో దాదాపుగా ప్రయాణించే వరకు వేగవంతం అవుతాయి. వేగంగా కదిలే ఎలక్ట్రాన్లు అప్పుడు చాలా ప్రకాశవంతమైన X-కిరణాలను విడుదల చేస్తాయి.

"మేము ఈ ఎక్స్-కిరణాలను తీసుకొని వాటిని మా సూక్ష్మదర్శినిలో కాంతిగా ఉపయోగిస్తాము" అని ఫోల్వెన్ చెప్పారు.

ఎలక్ట్రాన్లు రెండు నానోసెకన్ల ద్వారా వేరు చేయబడిన గుత్తులుగా సింక్రోట్రోన్ చుట్టూ ప్రయాణిస్తాయి కాబట్టి, అవి విడుదల చేసే ఎక్స్-కిరణాలు ఖచ్చితమైన పల్స్‌లలో వస్తాయి.

స్కానింగ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎక్స్-రే మైక్రోస్కోప్, లేదా STXM, ఆ ఎక్స్-కిరణాలను తీసుకొని పదార్థం యొక్క అయస్కాంత నిర్మాణం యొక్క స్నాప్‌షాట్‌ను సృష్టిస్తుంది. ఈ స్నాప్‌షాట్‌లను కలిపి కుట్టడం ద్వారా, పరిశోధకులు కాలక్రమేణా సూక్ష్మ అయస్కాంతం ఎలా మారుతుందో చూపించే చలనచిత్రాన్ని సృష్టించవచ్చు.

STXM సహాయంతో, ఫోల్వెన్ మరియు అతని సహచరులు అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేసే విద్యుత్ పల్స్‌తో వారి సూక్ష్మ అయస్కాంతాలను భంగపరిచారు మరియు డొమైన్‌లు ఆకారాన్ని మార్చడం మరియు సుడిగుండం కోర్ కేంద్రం నుండి కదులుతున్నట్లు చూశారు.

"మీ దగ్గర చాలా చిన్న అయస్కాంతం ఉంది, ఆపై మీరు దానిని గుచ్చుకుని, అది మళ్ళీ స్థిరపడినప్పుడు దాన్ని చిత్రీకరించడానికి ప్రయత్నిస్తారు" అని అతను చెప్పాడు. తరువాత, వారు కోర్ మధ్యకు తిరిగి రావడాన్ని చూశారు - కానీ సరళ రేఖ వెంట కాదు, వంకర మార్గంలో.

"ఇది మధ్యలోకి తిరిగి నృత్యం చేసినట్లు ఉంటుంది" అని ఫోల్వెన్ చెప్పాడు.

ఒక్క స్లిప్ అంతే అయిపోయింది

ఎందుకంటే వారు ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలను అధ్యయనం చేస్తారు, ఇవి పరిశోధకులు పదార్థం యొక్క లక్షణాలను సర్దుబాటు చేయడానికి అనుమతించే ఒక ఉపరితలం పైన సృష్టించబడతాయి, కానీ STXM లో X-కిరణాలను నిరోధించగలవు.

NTNU నానోల్యాబ్‌లో పనిచేస్తూ, పరిశోధకులు తమ మైక్రోమాగ్నెట్‌ను కార్బన్ పొర కింద పాతిపెట్టి దాని అయస్కాంత లక్షణాలను రక్షించడం ద్వారా ఉపరితల సమస్యను పరిష్కరించారు.

తరువాత వారు జాగ్రత్తగా మరియు ఖచ్చితంగా గాలియం అయాన్ల కేంద్రీకృత పుంజంతో కింద ఉన్న ఉపరితలాన్ని తొలగించి, చాలా సన్నని పొర మాత్రమే మిగిలిపోయేలా చేశారు. శ్రమతో కూడిన ప్రక్రియకు ఒక నమూనాకు ఎనిమిది గంటలు పట్టవచ్చు - మరియు ఒక జారిపోవడం విపత్తుకు దారితీస్తుంది.

"కీలకమైన విషయం ఏమిటంటే, మీరు అయస్కాంతత్వాన్ని చంపితే, మనం బెర్లిన్‌లో కూర్చునే వరకు మనకు అది తెలియదు" అని అతను చెప్పాడు. "ఒకటి కంటే ఎక్కువ నమూనాలను తీసుకురావడం అనేది ఉపాయం."

ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్రం నుండి భవిష్యత్తు పరికరాల వరకు

కృతజ్ఞతగా అది పనిచేసింది, మరియు బృందం జాగ్రత్తగా తయారుచేసిన నమూనాలను ఉపయోగించి సూక్ష్మ అయస్కాంతం యొక్క డొమైన్‌లు కాలక్రమేణా ఎలా పెరుగుతాయి మరియు కుంచించుకుపోతాయో చార్ట్ చేశాయి. ఏ శక్తులు పని చేస్తున్నాయో బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి వారు కంప్యూటర్ అనుకరణలను కూడా సృష్టించారు.

ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్రంపై మన జ్ఞానాన్ని పెంపొందించుకోవడంతో పాటు, ఈ పొడవు మరియు సమయ ప్రమాణాల వద్ద అయస్కాంతత్వం ఎలా పనిచేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం భవిష్యత్ పరికరాలను సృష్టించడంలో సహాయపడుతుంది.

డేటా నిల్వ కోసం అయస్కాంతత్వాన్ని ఇప్పటికే ఉపయోగిస్తున్నారు, కానీ పరిశోధకులు ప్రస్తుతం దానిని మరింతగా ఉపయోగించుకునే మార్గాలను అన్వేషిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, మైక్రోమాగ్నెట్ యొక్క వోర్టెక్స్ కోర్ మరియు డొమైన్‌ల అయస్కాంత ధోరణులను బహుశా 0s మరియు 1s రూపంలో సమాచారాన్ని ఎన్కోడ్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

పరిశోధకులు ఇప్పుడు ఈ పనిని యాంటీ-ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలతో పునరావృతం చేయాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నారు, ఇక్కడ వ్యక్తిగత అయస్కాంత కదలికల నికర ప్రభావం రద్దు అవుతుంది. కంప్యూటింగ్ విషయానికి వస్తే ఇవి ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి - సిద్ధాంతపరంగా, యాంటీ-ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలను తక్కువ శక్తి అవసరమయ్యే మరియు శక్తి కోల్పోయినప్పుడు కూడా స్థిరంగా ఉండే పరికరాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు - కానీ అవి ఉత్పత్తి చేసే సంకేతాలు చాలా బలహీనంగా ఉంటాయి కాబట్టి పరిశోధించడం చాలా కష్టం.

ఆ సవాలు ఉన్నప్పటికీ, ఫోల్వెన్ ఆశావాదంతో ఉన్నాడు. "మేము నమూనాలను తయారు చేయగలమని మరియు వాటిని ఎక్స్-కిరణాలతో పరిశీలించగలమని చూపించడం ద్వారా మొదటి స్థానాన్ని కవర్ చేసాము" అని ఆయన చెప్పారు. "తదుపరి దశ ఏమిటంటే, యాంటీ-ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థం నుండి తగినంత సిగ్నల్ పొందడానికి తగినంత అధిక నాణ్యత గల నమూనాలను తయారు చేయగలమా లేదా అనేది చూడటం."