Ang mga mananaliksik mula sa NTNU ay nagbibigay-liwanag sa mga magnetic na materyales sa maliliit na kaliskis sa pamamagitan ng paglikha ng mga pelikula sa tulong ng ilang napakaliwanag na X-ray.
Si Erik Folven, co-director ng oxide electronics group sa NTNU's Department of Electronic Systems, at mga kasamahan mula sa NTNU at Ghent University sa Belgium ay nagtakda upang makita kung paano nagbabago ang thin-film micromagnets kapag naaabala ng isang panlabas na magnetic field.Ang gawain, na bahagyang pinondohan ng NTNU Nano at ng Research Council ng Norway, ay nai-publish sa journal Physical Review Research.
Maliit na magnet
Inimbento ng Einar Standal Digernes ang maliliit na square magnet na ginamit sa mga eksperimento.
Ang maliliit na square magnets, na nilikha ng NTNU Ph.D.kandidatong Einar Standal Digernes, ay dalawang micrometers lang ang lapad at nahahati sa apat na triangular na domain, bawat isa ay may ibang magnetic orientation na tumuturo clockwise o anti-clockwise sa paligid ng mga magnet.
Sa ilang mga magnetic na materyales, ang mas maliliit na grupo ng mga atom ay nagsasama-sama sa mga lugar na tinatawag na mga domain, kung saan ang lahat ng mga electron ay may parehong magnetic orientation.
Sa NTNU magnets, ang mga domain na ito ay nagtatagpo sa isang gitnang punto—ang vortex core—kung saan ang magnetic moment ay direktang tumuturo sa loob o labas ng eroplano ng materyal.
"Kapag nag-apply kami ng magnetic field, parami nang parami ang mga domain na ito ay ituturo sa parehong direksyon," sabi ni Folven."Maaari silang lumaki at maaari silang lumiit, at pagkatapos ay maaari silang sumanib sa isa't isa."
Ang mga electron ay halos sa bilis ng liwanag
Ang makitang mangyari ito ay hindi madali.Kinuha ng mga mananaliksik ang kanilang mga micromagnet sa isang 80m-wide donut-shaped synchrotron, na kilala bilang BESSY II, sa Berlin, kung saan ang mga electron ay pinabilis hanggang sa sila ay naglalakbay sa halos bilis ng liwanag.Ang mga mabilis na gumagalaw na electron ay naglalabas ng napakaliwanag na X-ray.
"Kinukuha namin ang mga X-ray na ito at ginagamit ang mga ito bilang liwanag sa aming mikroskopyo," sabi ni Folven.
Dahil ang mga electron ay naglalakbay sa paligid ng synchrotron sa mga bungkos na pinaghihiwalay ng dalawang nanosecond, ang mga X-ray na ibinubuga nila ay dumating sa tumpak na mga pulso.
Kinukuha ng isang scanning transmission X-ray microscope, o STXM, ang mga X-ray na iyon upang lumikha ng snapshot ng magnetic structure ng materyal.Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga snapshot na ito, ang mga mananaliksik ay maaaring lumikha ng isang pelikula na nagpapakita kung paano nagbabago ang micromagnet sa paglipas ng panahon.
Sa tulong ng STXM, ginulo ni Folven at ng kanyang mga kasamahan ang kanilang mga micromagnet na may pulso ng kasalukuyang na nakabuo ng magnetic field, at nakitang nagbago ang hugis ng mga domain at lumipat ang vortex core mula sa gitna.
"Mayroon kang napakaliit na magnet, at pagkatapos ay sundutin mo ito at subukang ilarawan ito habang ito ay muling naninirahan," sabi niya.Pagkatapos, nakita nila ang core na bumalik sa gitna-ngunit kasama ang isang paikot-ikot na landas, hindi isang tuwid na linya.
"Ito ay uri ng sayaw pabalik sa gitna," sabi ni Folven.
Isang slip at tapos na
Iyon ay dahil pinag-aaralan nila ang mga epitaxial na materyales, na nilikha sa ibabaw ng isang substrate na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na i-tweak ang mga katangian ng materyal, ngunit haharangan ang mga X-ray sa isang STXM.
Nagtatrabaho sa NTNU NanoLab, nalutas ng mga mananaliksik ang problema sa substrate sa pamamagitan ng pagbabaon ng kanilang micromagnet sa ilalim ng isang layer ng carbon upang protektahan ang mga magnetic properties nito.
Pagkatapos ay maingat at tumpak nilang pinutol ang substrate sa ilalim ng isang nakatutok na sinag ng mga gallium ions hanggang sa isang napakanipis na layer na lang ang natitira.Ang maingat na proseso ay maaaring tumagal ng walong oras bawat sample—at ang isang slip up ay maaaring magdulot ng kapahamakan.
"Ang kritikal na bagay ay, kung papatayin mo ang magnetism, hindi namin malalaman iyon bago kami umupo sa Berlin," sabi niya."Ang lansihin ay, siyempre, upang magdala ng higit sa isang sample."
Mula sa pangunahing pisika hanggang sa hinaharap na mga aparato
Sa kabutihang palad, gumana ito, at ginamit ng koponan ang kanilang maingat na inihanda na mga sample upang maitala kung paano lumalaki at lumiliit ang mga domain ng micromagnet sa paglipas ng panahon.Gumawa din sila ng mga computer simulation para mas maunawaan kung ano ang mga pwersang nasa trabaho.
Pati na rin ang pagsulong ng aming kaalaman sa pangunahing pisika, ang pag-unawa sa kung paano gumagana ang magnetism sa mga sukat na ito ng haba at oras ay maaaring makatulong sa paglikha ng mga device sa hinaharap.
Ginagamit na ang magnetism para sa pag-iimbak ng data, ngunit ang mga mananaliksik ay kasalukuyang naghahanap ng mga paraan upang samantalahin pa ito.Ang mga magnetic orientation ng vortex core at mga domain ng isang micromagnet, halimbawa, ay maaaring magamit upang i-encode ang impormasyon sa anyo ng 0s at 1s.
Ang mga mananaliksik ay naglalayong ulitin ang gawaing ito gamit ang mga anti-ferromagnetic na materyales, kung saan ang netong epekto ng mga indibidwal na magnetic moment ay nakansela.Nangangako ang mga ito pagdating sa pag-compute—sa teorya, ang mga anti-ferromagnetic na materyales ay maaaring gamitin para gumawa ng mga device na nangangailangan ng kaunting enerhiya at mananatiling stable kahit na nawawalan ng kuryente—ngunit mas nakakalito ang pag-iimbestiga dahil ang mga signal na ilalabas ng mga ito ay magiging mas mahina. .
Sa kabila ng hamon na iyon, optimistiko si Folven."Nasaklaw namin ang unang lupa sa pamamagitan ng pagpapakita na maaari kaming gumawa ng mga sample at tingnan ang mga ito gamit ang X-ray," sabi niya."Ang susunod na hakbang ay upang makita kung makakagawa tayo ng mga sample na may sapat na mataas na kalidad upang makakuha ng sapat na signal mula sa isang anti-ferromagnetic na materyal."
Oras ng post: Mayo-10-2021