NTNU-nyň ylmy işgärleri örän ýagty rentgen şöhleleriniň kömegi bilen filmler döretmek arkaly kiçi ölçegli magnit materiallara ýagtylyk saçýarlar.
NTNU-nyň Elektron Ulgamlary Bölüminiň oksid elektronika toparynyň bilelikdäki direktory Erik Folwen we Belgiýadaky NTNU-dan we Gent Uniwersitetinden gelen kärdeşleri daşarky magnit meýdany tarapyndan täsir edilende inçe plýonkaly mikromagnitleriň nähili üýtgeýändigini görmek üçin işe girişdiler. NTNU Nano we Norwegiýanyň Ylmy-barlag Geňeşi tarapyndan bölekleýin maliýeleşdirilen bu iş "Physical Review Research" žurnalynda çap edildi.
Kiçijik magnitler
Einar Standal Digernes tejribelerde ulanylan kiçijik kwadrat magnitleri oýlap tapdy.
NTNU-nyň doktorlyk kandidaty Einar Standal Digernes tarapyndan döredilen kiçijik kwadrat magnitler bary-ýogy iki mikrometr giňlikde we dört üçburçluk domene bölünen, her biri magnitleriň daşyndan sagat ugruna ýa-da sagadyň tersine gönükdirilen dürli magnit ugurlaryna eýedir.
Käbir magnit materiallarynda atomlaryň kiçi toparlary domenler diýlip atlandyrylýan sebitlere birleşýärler, şol sebitlerde ähli elektronlar birmeňzeş magnit ugryna eýedir.
NTNU magnitlerinde bu domenler merkezi nokada - girdap özeninde - birleşýär, bu ýerde magnit momenti materialyň tekizliginiň içine ýa-da daşyna gönüden-göni gönükdirilendir.
“Magnit meýdanyny ulansak, bu domenleriň has köpüsi şol bir ugra gönükdiriler” diýip, Folwen aýdýar. “Olar ösüp we kiçelip, soňra biri-birine goşulyp bilerler”.
Elektronlar ýagtylygyň tizliginde diýen ýaly
Munuň bolup geçýändigini görmek aňsat däl. Barlagçylar öz mikromagnitlerini Berlindäki BESSY II diýlip atlandyrylýan 80 metr giňlikdäki ponçik şekilli sinhrotrona alyp gitdiler, bu ýerde elektronlar ýagtylygyň tizligi bilen hereket edýänçä tizlenýär. Soňra şol çalt hereket edýän elektronlar örän ýagty rentgen şöhlelerini çykarýarlar.
“Biz bu rentgen şöhlelerini alyp, olary mikroskopymyzda ýagtylyk hökmünde ulanýarys” diýip, Folwen aýdýar.
Elektronlar sinhrotronyň daşyndan iki nanosekund bilen bölünen toplar görnüşinde aýlanýandygy sebäpli, olaryň çykarýan rentgen şöhleleri takyk impulslar görnüşinde gelýär.
Skanirleýji rentgen mikroskopy ýa-da STXM şol rentgen şöhlelerini alyp, materialyň magnit gurluşynyň suratyny döredýär. Bu suratlary birleşdirip, barlagçylar mikromagnitiň wagtyň geçmegi bilen nähili üýtgeýändigini görkezýän film döredip bilerler.
STXM-iň kömegi bilen Folwen we onuň kärdeşleri mikromagnitlerini magnit meýdanyny döredýän tok impulsy bilen bozdular we domenleriň görnüşiniň üýtgeýändigini we girdap özeniniň merkezden süýşýändigini gördüler.
“Sizde örän kiçijik magnit bar, soňra ony dürtüp, gaýtadan çökýän wagty göz öňüne getirmäge synanyşýarsyňyz” diýýär ol. Soňra olar özeniň orta tarap gaýdyp gelýändigini gördüler - ýöne göni çyzyk däl-de, egri ýol boýunça.
“Ol merkeze gaýdyp tans eder” diýip, Folwen aýdýar.
Bir gezek ýalňyşsaň, gutarýar
Sebäbi olar epitaksial materiallary öwrenýärler, olar ylmy işgärlere materialyň häsiýetlerini üýtgetmäge mümkinçilik berýän, ýöne STXM-de rentgen şöhlelerini blokirleýän substratyň üstünde döredilýär.
NTNU NanoLab-da işläp, ylmy işgärler substrat meselesini öz mikromagnitlerini onuň magnit häsiýetlerini goramak üçin uglerod gatlagynyň aşagyna gömmek arkaly çözdüler.
Soňra olar galliý ionlarynyň fokuslanan şöhlesi bilen aşagyndaky substraty diňe örän inçe gatlak galýança üns bilen we takyklyk bilen döwüp aýyrdylar. Bu agyr proses her nusga üçin sekiz sagat dowam edip bilerdi we bir ýalňyşlyk betbagtçylyga sebäp bolup bilerdi.
“Eň esasy zat, eger siz magniti ýok etseňiz, biz muny Berlinde oturmazdan öň bilmeris” diýip, ol aýdýar. “Elbetde, hile birden köp nusga getirmekde.”
Esasy fizikadan geljekki enjamlara çenli
Hoşbähtlik bilen, ol işledi we topar mikromagnitiň domenleriniň wagtyň geçmegi bilen nähili ösýändigini we kiçelýändigini çyzgylamak üçin üns bilen taýýarlanan nusgalaryny ulandy. Şeýle hem, olar haýsy güýçleriň hereket edýändigini has gowy düşünmek üçin kompýuter simulýasiýalaryny döretdiler.
Esasy fizika baradaky bilimlerimizi ösdürmek bilen birlikde, magnitizmiň bu uzynlyk we wagt ölçeglerinde nähili işleýändigini düşünmek geljekki enjamlary döretmekde peýdaly bolup biler.
Magnetizm eýýäm maglumatlary saklamak üçin ulanylýar, ýöne ylmy işgärler häzirki wagtda ony has-da ulanmagyň ýollaryny gözleýärler. Mysal üçin, mikromagnitiň girdap özeniniň we domenleriniň magnit ugurlary, belki-de, maglumaty 0 we 1 görnüşinde kodlamak üçin ulanylyp bilner.
Barlagçylar häzir bu işi antiferromagnit materiallar bilen gaýtalamagy maksat edinýärler, bu ýerde aýratyn magnit momentleriniň umumy täsiri ýok bolýar. Bular kompýuter babatda geljegi uly — teoriýada antiferromagnit materiallar az energiýa talap edýän we energiýa ýitse-de durnukly galýan enjamlary ýasamak üçin ulanylyp bilner — ýöne olaryň öndürýän signallary has gowşak bolýandygy sebäpli olary derňemek has kyn.
Şol kynçylyga garamazdan, Folwen optimistik pikirde. “Biz nusgalary ýasap we olary rentgen arkaly görüp biljekdigimizi görkezmek bilen ilkinji ädimi geçdik” diýip, ol aýdýar. “Indiki ädim antiferromagnit materialdan ýeterlik signal almak üçin ýeterlik derejede ýokary hilli nusgalary ýasap biljekdigimizi görmek bolar”.
Ýerleşdirilen wagty: 2021-nji ýylyň 10-njy maýy