NTNU tadqiqotchilari juda yorqin rentgen nurlari yordamida filmlar yaratish orqali kichik o'lchamdagi magnit materiallarga yorug'lik tushirmoqdalar.
NTNU Elektron Tizimlar Kafedrasining oksid elektronika guruhining hamraisi Erik Folven va NTNU va Belgiyadagi Gent universitetidagi hamkasblari tashqi magnit maydon ta'sirida yupqa plyonkali mikromagnitlar qanday o'zgarishini o'rganishga kirishdilar. NTNU Nano va Norvegiya Tadqiqot Kengashi tomonidan qisman moliyalashtirilgan ushbu ish Physical Review Research jurnalida chop etildi.
Kichik magnitlar
Einar Standal Digernes tajribalarda ishlatilgan mayda kvadrat magnitlarni ixtiro qildi.
NTNU doktorlik dissertatsiyasi nomzodi Einar Standal Digernes tomonidan yaratilgan kichkina kvadrat magnitlar atigi ikki mikrometr kenglikda bo'lib, to'rtta uchburchak domenga bo'lingan bo'lib, ularning har biri magnitlar atrofida soat yo'nalishi bo'yicha yoki soat miliga teskari yo'nalishda turlicha magnit yo'nalishga ega.
Ba'zi magnit materiallarda atomlarning kichikroq guruhlari domenlar deb ataladigan sohalarga birlashadi, bu sohalarda barcha elektronlar bir xil magnit yo'nalishga ega.
NTNU magnitlarida bu domenlar markaziy nuqtada - girdobli yadroda uchrashadi, bu yerda magnit moment to'g'ridan-to'g'ri material tekisligiga yoki tashqarisiga yo'naltirilgan.
"Magnit maydonni qo'llaganimizda, bu domenlarning tobora ko'proq qismi bir xil yo'nalishga ishora qiladi", deydi Folven. "Ular o'sishi va qisqarishi mumkin, keyin esa bir-biriga qo'shilishi mumkin."
Elektronlar deyarli yorug'lik tezligida
Buni ko'rish oson emas. Tadqiqotchilar o'zlarining mikromagnitlarini Berlindagi BESSY II nomi bilan tanilgan 80 metr kenglikdagi ponchik shaklidagi sinxrotronga olib borishdi, u yerda elektronlar deyarli yorug'lik tezligida harakatlanguncha tezlashadi. Keyin bu tez harakatlanuvchi elektronlar juda yorqin rentgen nurlarini chiqaradi.
"Biz bu rentgen nurlarini olamiz va ularni mikroskopimizdagi yorug'lik sifatida ishlatamiz", deydi Folven.
Elektronlar sinxrotron atrofida ikki nanosekund bilan ajratilgan to'plamlarda harakatlangani uchun ular chiqaradigan rentgen nurlari aniq impulslarda keladi.
Skanerlovchi transmissiya rentgen mikroskopi yoki STXM materialning magnit tuzilishining suratini yaratish uchun ushbu rentgen nurlarini oladi. Ushbu suratlarni bir-biriga tikish orqali tadqiqotchilar mikromagnitning vaqt o'tishi bilan qanday o'zgarishini ko'rsatuvchi film yaratishlari mumkin.
STXM yordamida Folven va uning hamkasblari o'zlarining mikromagnitlarini magnit maydon hosil qiluvchi tok impulsi bilan bezovta qilishdi va domenlarning shakli o'zgarishini va girdob yadrosining markazdan siljishini ko'rishdi.
“Sizda juda kichik magnit bor, keyin uni tiqib, u yana choʻkayotganini tasavvur qilishga harakat qilasiz”, deydi u. Keyin ular yadroning oʻrtasiga qaytishini koʻrishdi — lekin toʻgʻri chiziq boʻylab emas, balki egri yoʻl boʻylab.
"U markazga raqsga tushadi", deydi Folven.
Bitta xato va tugadi
Buning sababi, ular tadqiqotchilarga materialning xususiyatlarini o'zgartirishga imkon beradigan, ammo STXMdagi rentgen nurlarini to'sib qo'yadigan substrat ustida yaratilgan epitaksial materiallarni o'rganadilar.
NTNU NanoLabda ishlayotgan tadqiqotchilar substrat muammosini uning magnit xususiyatlarini himoya qilish uchun mikromagnitlarini uglerod qatlami ostiga ko'mish orqali hal qilishdi.
Keyin ular juda yupqa qatlam qolguncha galliy ionlarining fokuslangan nuri bilan ostidagi substratni ehtiyotkorlik bilan va aniqlik bilan maydalab tashlashdi. Har bir namuna uchun sakkiz soat davom etishi mumkin edi va bitta xato falokatga olib kelishi mumkin edi.
"Eng muhimi shundaki, agar siz magnitlanishni o'chirsangiz, biz buni Berlinda o'tirmasdan oldin bilmaymiz", deydi u. "Albatta, hiyla-nayrang bir nechta namunalarni olib kelishdir."
Asosiy fizikadan kelajak qurilmalarigacha
Yaxshiyamki, bu ish berdi va jamoa mikromagnit domenlarining vaqt o'tishi bilan qanday o'sishi va qisqarishini aniqlash uchun puxta tayyorlangan namunalaridan foydalandi. Shuningdek, ular qanday kuchlar ishlayotganini yaxshiroq tushunish uchun kompyuter simulyatsiyalarini yaratdilar.
Fundamental fizika haqidagi bilimlarimizni oshirishdan tashqari, magnitlanishning ushbu uzunlik va vaqt o'lchovlarida qanday ishlashini tushunish kelajakdagi qurilmalarni yaratishda foydali bo'lishi mumkin.
Magnetizm allaqachon ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatilgan, ammo tadqiqotchilar hozirda undan yanada ko'proq foydalanish yo'llarini izlamoqdalar. Masalan, mikromagnitning girdobli yadrosi va domenlarining magnit yo'nalishlari, ehtimol, 0 va 1 shaklida ma'lumotlarni kodlash uchun ishlatilishi mumkin.
Tadqiqotchilar endi bu ishni antiferromagnit materiallar bilan takrorlashni maqsad qilishmoqda, bunda individual magnit momentlarning sof ta'siri yo'qoladi. Bu hisoblashga kelganda istiqbolli - nazariy jihatdan antiferromagnit materiallar kam energiya talab qiladigan va quvvat yo'qolganda ham barqaror bo'lib qoladigan qurilmalarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin - ammo ularni o'rganish ancha qiyin, chunki ular chiqaradigan signallar ancha kuchsizroq bo'ladi.
Bu qiyinchilikka qaramay, Folven nekbin. "Biz namunalar tayyorlash va ularni rentgen nurlari bilan ko'rib chiqish mumkinligini ko'rsatib, birinchi qadamni qo'ydik", deydi u. "Keyingi qadam antiferromagnit materialdan yetarli signal olish uchun yetarlicha yuqori sifatli namunalar tayyorlashimiz mumkinligini ko'rish bo'ladi."
Nashr vaqti: 2021-yil 10-may