p Pesquisadores da NTNU estão lançando luz sobre materiais magnéticos em pequenas escalas criando filmes com a ajuda de alguns raios-X extremamente brilhantes. p Erik Folven, co-diretor do grupo de óxidos eletrônicos do Departamento de Sistemas Eletrônicos da NTNU, e colegas da NTNU e da Universidade de Ghent, na Bélgica, começaram a ver como os microímãs de película fina mudam quando perturbados por um campo magnético externo. O trabalho, parcialmente financiado por NTNU Nano e o Conselho de Pesquisa da Noruega, foi publicado na revista Physical Review Research.

p Ímãs minúsculos

p Einar Standal Digernes inventou os minúsculos ímãs quadrados usados ​​nos experimentos.

p Os minúsculos ímãs quadrados, criado por NTNU Ph.D. candidato Einar Standal Digernes, têm apenas dois micrômetros de largura e estão divididos em quatro domínios triangulares, cada um com uma orientação magnética diferente apontando no sentido horário ou anti-horário em torno dos ímãs.

p Em certos materiais magnéticos, grupos menores de átomos se unem em áreas chamadas de domínios, em que todos os elétrons têm a mesma orientação magnética.

p Nos ímãs NTNU, esses domínios se encontram em um ponto central - o núcleo do vórtice - onde o momento magnético aponta diretamente para dentro ou para fora do plano do material.

p "Quando aplicamos um campo magnético, mais e mais desses domínios apontarão na mesma direção, "diz Folven." Eles podem crescer e podem encolher, e então eles podem se fundir. "

p Elétrons quase na velocidade da luz

p Ver isso acontecer não é fácil. Os pesquisadores levaram seus microímãs para um síncrotron em forma de rosca de 80 m de largura, conhecido como BESSY II, Em Berlim, onde os elétrons são acelerados até viajarem quase à velocidade da luz. Esses elétrons que se movem rapidamente emitem raios-X extremamente brilhantes.

p "Nós pegamos esses raios-X e os usamos como luz em nosso microscópio, "diz Folven.

p Como os elétrons viajam ao redor do síncrotron em grupos separados por dois nanossegundos, os raios X que eles emitem vêm em pulsos precisos.

p Um microscópio de raios-X de transmissão de varredura, ou STXM, tira esses raios-X para criar um instantâneo da estrutura magnética do material. Juntando esses instantâneos, os pesquisadores podem essencialmente criar um filme mostrando como o microímã muda ao longo do tempo.

p Com a ajuda do STXM, Folven e seus colegas perturbaram seus microímãs com um pulso de corrente que gerou um campo magnético, e vi os domínios mudarem de forma e o núcleo do vórtice se mover do centro.

p "Você tem um ímã muito pequeno, e então você o cutuca e tenta imaginar enquanto ele se assenta novamente, "diz ele. Depois, eles viram o núcleo retornar ao meio, mas ao longo de um caminho sinuoso, não é uma linha reta.

p "Vai dançar de volta ao centro, "diz Folven.

p Um deslize e acabou

p Isso porque eles estudam materiais epitaxiais, que são criados em cima de um substrato que permite aos pesquisadores ajustar as propriedades do material, mas bloquearia os raios X em um STXM.

p Trabalhando em NTNU NanoLab, os pesquisadores resolveram o problema do substrato enterrando seu microímã sob uma camada de carbono para proteger suas propriedades magnéticas.

p Em seguida, eles cortaram com cuidado e precisão o substrato por baixo com um feixe focalizado de íons de gálio até que apenas uma camada muito fina permanecesse. O processo meticuloso pode levar oito horas por amostra - e um deslize pode significar um desastre.

p "O ponto crítico é que, se você matar o magnetismo, não saberemos disso antes de sentarmos em Berlim, "ele diz." O truque é, claro, trazer mais de uma amostra. "

p Da física fundamental aos dispositivos futuros

p Felizmente funcionou, e a equipe usou suas amostras cuidadosamente preparadas para mapear como os domínios do microímã crescem e encolhem com o tempo. Eles também criaram simulações de computador para entender melhor quais forças estavam em ação.

p Além de aprimorar nosso conhecimento da física fundamental, entender como o magnetismo funciona nessas escalas de comprimento e tempo pode ser útil na criação de dispositivos futuros.

p O magnetismo já é usado para armazenamento de dados, mas os pesquisadores estão atualmente procurando maneiras de explorá-lo ainda mais. As orientações magnéticas do núcleo do vórtice e domínios de um microímã, por exemplo, talvez pudesse ser usado para codificar informações na forma de 0s e 1s.

p Os pesquisadores agora pretendem repetir este trabalho com materiais anti-ferromagnéticos, onde o efeito líquido dos momentos magnéticos individuais é cancelado. Eles são promissores quando se trata de computação - em teoria, materiais anti-ferromagnéticos podem ser usados ​​para fazer dispositivos que requerem pouca energia e permanecem estáveis ​​mesmo quando a energia é perdida - mas muito mais complicados de investigar porque os sinais que eles produzem serão muito mais fracos.

p Apesar desse desafio, Folven está otimista. "Cobrimos o primeiro terreno mostrando que podemos fazer amostras e examiná-las com raios-X, ", diz ele." O próximo passo será ver se podemos fazer amostras de qualidade suficientemente alta para obter sinal suficiente de um material anti-ferromagnético. "