Dolar 13,7033
Euro 15,5541
Altın 785,05
BİST 2.005
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 13 °C
Sağanak Yağışlı

Skyrmions – Küçük Manyetik Girdaplar – Yüksek Sıcaklık Süperiletkenlerle Çok Ortak Noktaları Var

24.10.2021
67
Skyrmions – Küçük Manyetik Girdaplar – Yüksek Sıcaklık Süperiletkenlerle Çok Ortak Noktaları Var

Skyrmion Başlığı

Manyetik malzemelerdeki elektronların dönüşleriyle ortaya çıkan bu küçük girdaplar, bağımsız parçacıklar gibi davranır ve bilgisayarın geleceği olabilir. SLAC’ın X-ray lazeri ile yapılan deneyler onların sırlarını açığa çıkarıyor.

Bilim adamları, manyetizmanın belirli şekillerde sıralanan elektronların dönüşleri tarafından yaratıldığını uzun zamandır biliyorlardı. Ancak yaklaşık on yıl önce, manyetik malzemelerde şaşırtıcı bir karmaşıklık katmanı daha keşfettiler: Doğru koşullar altında, bu dönüşler, parçacıklar gibi davranan ve onları oluşturan atomlardan bağımsız olarak hareket eden küçük girdaplar veya girdaplar oluşturabilir.

Küçük girdaplara skyrmion denir ve adını 1962’de varlıklarını tahmin eden İngiliz fizikçi Tony Skyrme’den almıştır. Küçük boyutları ve sağlam yapıları – çözülmesi zor düğümler gibi – onları daha iyi anlamaya adanmış hızla genişleyen bir alana yol açmıştır. ve onların tuhaf niteliklerini sömürmek.

Energy Department’ın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda görevli bilim insanı ve Stanford Malzeme ve Enerji Bilimleri Enstitüsü (SIMES) baş araştırmacısı Josh Turner, “Bu nesneler, bildiğimiz en karmaşık manyetik düzen biçimlerinden bazılarını temsil ediyor” dedi. SLAC’da.

“Skyrmionlar oluştuğunda,” dedi, “materyal boyunca hepsi aynı anda olur. Daha da ilginç olan, skyrmionların sanki bireysel, bağımsız parçacıklarmış gibi hareket etmeleridir. Bu, tüm dönüşlerin birbiriyle iletişim kurduğu ve skyrmionların hareketini kontrol etmek için uyum içinde hareket ettiği ve bu arada altlarındaki kafes içindeki atomların orada oturduğu bir dans gibi.”

Çünkü çok kararlı ve çok küçükler – bir hayvanın yaklaşık 1000 katı büyüklüğündeler. atom – ve küçük elektrik akımları uygulanarak kolayca hareket ettirilebilirler, dedi, “daha küçük ve daha az enerji kullanan yeni bilgi işlem ve bellek depolama teknolojileri için bunların nasıl kullanılacağına dair birçok fikir var.”

Turner için en ilginç olanı, skyrmionların nasıl oluştuğunun ve nasıl davrandığının arkasındaki temel fiziktir. O ve DOE’nin Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve California Üniversitesi, San Diego’dan meslektaşları, SLAC’ın X-ışını serbest elektron lazeri Linac Coherent Light’ı kullanarak skyrmionların faaliyetlerini doğal, bozulmamış hallerinde benzeri görülmemiş ayrıntılarla yakalamak için yöntemler geliştiriyorlar. Kaynak (LCLS). Nano ölçekte – bir inçin milyonda biri kadar küçük – ayrıntıları ölçmelerine ve saniyenin milyarda birinde meydana gelen değişiklikleri gözlemlemelerine olanak tanır.

Yakın tarihli bir dizi makalede, skyrmion’ların hareketlerinin çok yavaş olduğu ve trafik sıkışıklığındaki arabalar gibi sıkışıp kalmış gibi göründükleri cam benzeri bir aşama oluşturabileceğini öne süren deneyleri anlatıyorlar. Ayrıca, skyrmionların birbirine göre doğal hareketinin uygulanan bir manyetik alana tepki olarak nasıl salındığını ve değişebileceğini ölçtüler ve bu doğal hareketin asla tamamen durmadığını keşfettiler. Turner, sürekli var olan bu dalgalanmanın, skyrmionların yüksek sıcaklıktaki süper iletkenlerle çok ortak noktası olabileceğini gösterdiğini söyledi – nispeten yüksek sıcaklıklarda kayıpsız elektrik iletme yeteneği, dalgalanan elektron dönüşü ve yükü şeritleriyle ilgili olabilir.

Skyrmion Simülasyonları

Üst: Simülasyonlara dayalı görüntüler, skyrmionlar (elektronların dönüşleri tarafından oluşturulan küçük girdaplar) dahil olmak üzere maddenin üç fazının belirli manyetik malzemelerde nasıl oluşabileceğini gösteriyor. Bunlar elektron spin şeritleridir (solda); altıgen kafesler (sağda); ve ikisinin karışımı olan bir ara faz (merkez). Bu orta, cam benzeri durumda, skyrmionlar, trafik sıkışıklığındaki arabalar gibi çok yavaş hareket eder – SLAC, Stanford, Berkeley Lab ve UC San Diego’daki bilim adamları tarafından yapılan son araştırmalarda yapılan birkaç keşiften biri. Altta: SLAC’ın Linac Tutarlı Işık Kaynağı X-ışını serbest elektron lazerinde skyrmion davranışının temellerini araştıran deneyler sırasında bir dedektörde oluşturulan desenler. Kredi: Esposito ve diğerleri, Applied Physics Letters, 2020

Araştırma ekibi, LCLS X-ışını lazer ışını ile saniyenin sadece 350 trilyonda biri aralıklarla anlık görüntüler alarak, birçok alternatif demir ve gadolinyum katmanından yapılmış ince bir manyetik filmde skyrmion dalgalanmalarını gözlemleyebildi. Yöntemlerinin, çok çeşitli malzemelerin fiziğini ve topolojilerini incelemek için kullanılabileceğini söylüyorlar – bir nesnenin şeklinin özelliklerini temelden değiştirmeden nasıl deforme olabileceğini tanımlayan matematiksel bir kavram. Skyrmionlar söz konusu olduğunda, onlara sağlam doğalarını veren ve yok edilmelerini zorlaştıran topolojidir.

Berkeley Laboratuvarı’nın Gelişmiş Işık Kaynağında görevli bilim insanı Sujoy Roy, “Bu tekniğin yoğun madde fiziğinde büyüyeceğini ve çok güçlü olacağını düşünüyorum, çünkü zaman içinde bu dalgalanmaları ölçmenin pek çok doğrudan yolu yok” dedi. “Süper iletkenler, karmaşık oksitler ve manyetik arayüzler gibi şeyler üzerinde yapılabilecek çok sayıda çalışma var.”

Bu çalışmada kullanılan materyali tasarlayan ve işleyen UC San Diego’daki Bellek ve Kayıt Araştırmaları Merkezi’nden bir bilim adamı olan Sergio Montoya, “Bu tür bilgiler, büyük ölçekli elektronikler geliştirirken önemlidir ve bunların nasıl olduğunu görmeniz gerekir. sadece küçük bir noktada değil, malzeme boyunca davranın.”

Atomik ölçekteki değişikliklerin hızlı anlık görüntüleri

Montoya, 2013 civarında demir-gadolinyum filmini incelemeye başladı. O zamanlar, belirli mıknatıslara manyetik alanlar uygulandığında skyrmion kafeslerinin oluşabileceği zaten biliniyordu ve oda sıcaklığında skyrmionları barındırabilen yeni malzemeleri keşfetmek için güçlü araştırma çabaları vardı. . Montoya, katmanlı malzemeleri dikkatle hazırladı, büyüme koşullarını skyrmion kafesinin özelliklerini ayarlamak için ayarladı – “malzemenin tasarımı ve uyarlanması bu tür çalışmalarda büyük bir rol oynar” dedi – ve bunları incelemek için Roy ile birlikte çalıştı. Gelişmiş Işık Kaynağından X-ışınları.

Bu arada Turner ve LCLS’deki ekibi, son derece yüksek deklanşör hızlarında atomik ölçekteki dalgalanmaların anlık görüntülerini almak için bir kamera gibi yeni bir araç geliştiriyorlardı. Her biri saniyenin milyarda birinin yalnızca milyonda biri uzunluğunda olan iki X-ışını lazer darbesi, saniyenin milyonda biri ile milyarda biri arasında bir numuneye çarptı. X-ışınları bir dedektöre uçar ve her biri parmak izi kadar benzersiz olan ve malzemenin karmaşık yapısındaki ince değişiklikleri ortaya çıkaran “benek desenleri” oluşturur.

LCLS bilim adamı Matt Seaberg, “Örneği rahatsız etmeyen çok düşük yoğunluklu yumuşak X-ışını darbeleri kullanıyoruz” dedi. “Bu, malzemedeki içsel dalgalanmaları ve aralarındaki çok kısa zaman aralığında nasıl değiştiklerini ortaya çıkaran iki anlık görüntü elde etmemizi sağlıyor.”

Skyrmion SV Bozuk

Skyrmionlar (sol üst ve alt), belirli manyetik malzemelere manyetik alanlar uygulandığında elektronların dönüşleri tarafından oluşturulan küçük girdaplar veya girdaplardır. Skyrmionlar, yaklaşık 100 kat daha büyük olmalarına rağmen, onları oluşturan atomik kafesin modeliyle eşleşen düzenli kafes desenleri (sağ üstte) oluşturabilir. Ayrıca, değişen elektron spin şeritleri ve düzensiz, cam benzeri fazlar dahil olmak üzere farklı desenler (sağ altta) oluşturmak için bağımsız olarak hareket edebilirler. Son zamanlarda yapılan bir dizi çalışmada, SLAC, Stanford, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve UC San Diego’daki bilim adamları, skyrmion davranışının yeni yönlerini keşfetmek için bir X-ışını lazeri kullandılar. Kredi: Sergio Montoya/UC San Diego’nun sayısal simülasyonlarına dayanan Greg Stewart/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı

LCLS, Berkeley Lab ve UC San Diego ekiplerinin bu yeni aracı skyrmions’ta hedeflemek için güçlerini birleştirmesinden çok önce değildi.

Turner’ın dediği gibi, “Bir teleskop aldığınızı ve önce onu nereye doğrultacağınızı seçtiğinizi hayal edin. Skyrmions iyi bir seçim gibi görünüyordu – davranışları hakkında pek çok bilinmeyene sahip egzotik manyetik yapılar.”

İleride daha güçlü araçlar

Seaberg, bu deneylerde gördüklerine dayanarak, “Temelde, onların içsel salınımlarına neden olabilecek bitişik skyrmionlar arasındaki etkileşim olduğunu düşünüyoruz” dedi. “Hala bunu anlamaya çalışıyoruz. Yaptığımız ölçüm türlerinden tam olarak neyin salındığını görmek zor. Neler olup bittiğini ve ölçtüğümüz sinyallerin gerçekte ne anlama geldiğini nasıl anlayabileceğimiz konusunda çok tartıştık.”

Bu deneyler için inşa ettikleri özel alet, o zamandan beri başka şeylere yer açmak için parçalara ayrıldı. Ancak, büyük bir LCLS yükseltmesinin parçası olan yeni bir deney istasyonunun parçası olarak yeniden monte edilecek – ekip, süper iletkenler gibi malzemelerdeki dalgalanmalar üzerine bu yeni deney sınıfını sürdürmek için ideal bir yer ve aynı zamanda verimli ve işbirlikçi bir bilimsel araştırma için ideal bir yer. Montoya’nın “neşeli bir yolculuk” olarak tanımladığı yolculuk.

Turner, “LCLS’de sahip olduğumuz özel yeteneklerle bu tür manyetik nesneler hakkında ne kadar çok şey öğrendiğimiz dikkate değer. Bu proje çok eğlenceli oldu. Böylesine harika bir ekiple çalışmak ve denenecek pek çok şey varken, kelimenin tam anlamıyla keşfedilmeyi bekleyen bir bilgi hazinesi var.”

LCLS ve ALS, DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisleridir ve bu araştırma için büyük fon, Josh Turner’a verilen Erken Kariyer Araştırma Programı ödülü de dahil olmak üzere Bilim Ofisi’nden geldi.

Referanslar:

V. Esposito, XY Zheng, MH Seaberg, SA Montoya, B. Holladay, AH Reid, R. Streubel, JCT Lee, L. Shen, JD Koralek, G. Coslovich tarafından “Birinci dereceden faz geçiş sınırında Skyrmion dalgalanmaları” , P. Walter, S. Zohar, V. Thampy, MF Lin, P. Hart, K. Nakahara, P. Fischer, W. Colocho, A. Lutman, F.-J. Decker, SK Sinha, EE Fullerton, SD Kevan, S. Roy, M. Dunne ve JJ Turner, 4 Mayıs 2020, Uygulamalı Fizik Harfleri.
DOI: 10.1063/5.0004879

L. Shen, M. Seaberg, E. Blackburn ve JJ Turner, 14 Nisan 2021, “Bir anlık görüntü incelemesi—Kuantum malzemelerindeki dalgalanmalar: skyrmionlardan süperiletkenliğe”, MRS Gelişmeleri.
DOI: 10.1557 / s43580-021-00051-y

“Manyetik Fe/Gd skyrmion kafesinde kendiliğinden dalgalanmalar”, Matthew Seaberg ve diğerleri, 15 Eylül 2021, Fiziksel İnceleme Araştırması.
DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.3.033249

NG Burdet, V. Esposito, MH Seaberg, CH Yoon ve JJ Turner, 30 Eylül 2021, “Varyasyonel damlacık modeli kullanılarak yumuşak X-ışını foton dalgalanma spektroskopisi için mutlak kontrast tahmini”, Bilimsel Raporlar.
DOI: 10.1038 / s41598-021-98774-3

.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.