الظواهر والعمليات الفيزيائية موجودة في كل ما يحيط بنا (تلك الكيميائية ، ولكن ليس عنها اليوم). اجلس على الكمبيوتر - الفيزياء ، وانظر من النافذة عند العصافير - الفيزياء ، وتعرض اللحم بشكل مفرط ، وتحولت إلى فحم ، وهذه أيضًا فيزياء. من العملاق إلى أصغر الكائنات في الكون ، في كل مكان هناك مظاهر مختلفة من الفيزياء - الخصائص والخصائص والظواهر والعمليات. وما الذي يريد الكثير من العلماء الحصول عليه ، وهم يعرفون كل شيء تقريبًا عن العملية؟ بالطبع ، السيطرة. يمكن أن يوفر التحكم في العمليات الفيزيائية الكثير من المزايا المفيدة ، لكن تحقيق هذه السيطرة عملية معقدة للغاية ، وغالبًا ما ترتبط بشيء غير واضح تمامًا. سننظر اليوم في دراسة قررت فيها مجموعة من العلماء إثبات قدرات التأثير الكهرومغناطيسي (ME) ، أو بالأحرى كيفية التحكم في الاتجاه المغناطيسي والترتيب عن طريق مجال كهربائي في درجات حرارة الغرفة. كيف يتم تحقيق ذلك بالضبط ، ما الذي تم الحصول عليه من هذا وما هي الآفاق؟ الإجابات ، كما هو الحال دائمًا ، تنتظرنا في تقرير المجموعة البحثية. دعنا نذهب.
أساس الدراسة
كما ذكرنا سابقًا في المقدمة ، يعتمد كل شيء وكل شيء في هذه الدراسة على التأثير الكهرومغناطيسي (ME). إذن ما هذا؟ تأثير ME هو العلاقة بين المغناطيسية والمجال الكهربائي - الاستقطاب الكهربائي في مجال مغناطيسي خارجي أو مغنطة في مجال مغناطيسي خارجي. واحد يعزز الآخر. شيء مثير للاهتمام ، ولكن من الصعب إرضاءه للغاية من حيث درجة الحرارة. في معظم المواد أحادية البلورة التي لها تأثير ME ، تكون درجة حرارة كوري منخفضة للغاية ، أي أن هذا التأثير يتجلى فقط في درجات حرارة أقل بكثير من درجات حرارة الغرفة. وهذا يحد كثيرا من التطبيق العملي للتأثير ME ، على الرغم من كل فائدته.
يمكن تصحيح هذا العيب المزعج باستخدام مواد غير أحادية البنية ، أي تتكون من مادة واحدة ، ولكن المواد المركبة من عدة ، وبشكل أكثر دقة من الفريتات والكهرضغطية. للفيريت حساسة للغاية من وجهة نظر مغناطيسية إلى مجال كهربائي خارجي.
يعرف الباحثون أنفسهم هذا عن كثب ويعطون مثالًا على مركب من الحديد المغنيسيوم الحديد (الحديد) و BaTiO
3 (تيتانات الباريوم ، BTO) ، وهو كهرومغناطيسي حديدي ومرن (SC).
تعد الطاقة الحرارية الحديدية (أو الطاقة الكهرمائية) * هي حدوث الاستقطاب التلقائي في البلورة عند درجة حرارة معينة حتى بدون وجود مجال كهربائي خارجي.
ويطلق على المواد المرنة الحديدية مواد أحادية البلورة ، يمكن أن تتشابه شبكتها العفوية مع انخفاض درجة الحرارة وانتقال المرحلة.
بالإضافة إلى ذلك ، لا يرغب الباحثون في السيطرة على البنية غير المتجانسة ككل فقط ، إذا جاز التعبير ، ولكن على الهياكل النانوية الفردية والجسيمات النانوية. وقد يكون ذلك مفيدًا في دراسة حديثة للتحكم في المجال الكهربائي لجسيمات متناهية الصغر من الجسيمات متناهية الصغر ، حيث أن هذا يسمح بمعالجة المغناطيسية على مقياس نانومتر من خلال التأثير على تباين مغنطيسي مرن من جهد متغير.
في هذا العمل ، قرر العلماء دراسة تأثير الشرق الأوسط بمزيد من التفصيل من خلال تحليل هياكل المجال المغناطيسي للفيلم البلوري النانوي المزروع على ركيزة BaTiO
3 (سمك 5 × 5 مم ، سمك 0.5 مم). وفقًا للعلماء ، تمكنوا من إثبات أن الجزيئات الفائقة المغنطيسية يمكنها أن تظهر خواص الحالة المغنطيسية الفائقة في درجة حرارة الغرفة ، ويرجع ذلك إلى تأثير الحقل الكهربائي على تباين المغنيسيوم المرن.
في درجة حرارة الغرفة ، تكون الشبكة البلورية BTO عبارة عن رباعي (c = 4. 036 Å ، a = b = 3.992 Å). يتم توجيه استقطاب بلورة FE دائمًا على طول المحور
c . بالإضافة إلى ذلك ، تتناوب مناطق FE a1-a2 مع المجالات التي تتناوب فيها اتجاهات الاستقطاب وشبكة رباعي الأضلاع بين اتجاهين متعامد بالنسبة للركيزة ، وجدران المجال على طول [110]
pc تتعايش مع المنطقتين
1 - c و
2 - c مع الاستقطاب داخل الطائرة / خارج الطائرة وجدران المجال على طول [100]
كمبيوتر و [010]
كمبيوتر .
Å هي وحدة قياس الطول (في حالتنا ، السماكة) ، 1 Å = 10 −10 m أو 0.1 nm.
تؤدي مناطق المجال
1 و
2 إلى 1.1٪ من التشوه أحادي المحور للشبكة (c - a) / a في الركيزة نفسها ، ومناطق المجال
ذات التشوه المتناحي (a = b).
تجدر الإشارة إلى أن فيلم Fe لديه منطقة تدرج سماكة ("إسفين" ، إذا كان ذلك من وجهة نظر الهندسة) بعرض 30 ميكرون ، وتقسيم العينة إلى النصف. في هذا القسم ، يتفاوت سمك Fe (t
Fe ) على طول [B100] اتجاه BTO
للكمبيوتر من 0.5 إلى 3 نانومتر (نانومتر). في جميع المناطق الأخرى ، لا يتغير سمك Fe: 0.5 نانومتر أو 3 نانومتر. أكد العلماء حالة الوتد باستخدام مطيافية امتصاص الأشعة السينية (RAS) وعلم الأشعة المزدوجة المغناطيسية الدائرية (RMCD).
الأشعة السينية ثنائية اللون الدائرية المغناطيسية * هي الفرق بين أطياف PAC التي تم الحصول عليها في مجال مغناطيسي مع ضوء الاستقطاب الدائري الأيمن والأيسر.
علاوة على ذلك ، كانت العينة مغلفة بطبقة واقية من Al 3 سماكة. بعد إجراء قياسات باستخدام المجهر الإلكتروني للضوء بالأشعة السينية ، تم التحقق من التركيب الذري للعينة بواسطة مجهر إلكترون مسح الإرسال.
نتائج البحوث
الصورة رقم 1لتبدأ لفترة وجيزة حول ما نراه أعلاه. الصور
1 أ و
1 ب عبارة عن صور طيفية لامتصاص الأشعة السينية من حواف Fe L
3 و Ti L
2 ، على التوالي. تؤكد هذه الصور على تدرج سماكة فيلم Fe ، مما يخفف من إشارة Ti من BTO (
1c ).
أتاح مسح طاقة أشعة إكس للحوادث المستقطبة أفقياً الحصول على الطيف المكاني لـ Ti L
2،3 و Fe L
2،3 (
1d ). لم يلاحظ أي تغييرات فيما يتعلق شكل طيف Ti L2.3 على منطقة إسفين الحديد. على عكس Fe LL
2،3 ، يتغير شكل الطيف بسمك الغشاء الحديدي. من الأفضل رؤية هذه التغييرات في المنطقة الطيفية L
2 من الحافة (
1e ) ، حيث تؤثر التغييرات في درجة أكسدة الحديد على شكل الطيف.
وبالتالي ، فإن طيف جزء فيلم Fe ذو أقصى سماكة (3 ميكرون) يشبه طيف Fe السائب ، ولكن عندما يكون الفيلم رقيقًا إلى الحد الأدنى التجريبي البالغ 0.5 ميكرون ، فإن الطيف يكتسب ميزات FeO
x (تتميز بأسهم سوداء في
1E ).
مثل هذه الملاحظة هي دليل عملي على وجود طبقة FeOx وسيطة بين طبقات Fe و BaTiO الرئيسية ، والتي يجب أن يكون سمكها حوالي 2-3 Å.
لم تظهر الصور المتناقضة مغنطيسيًا لـ RCDM لمناطق مجال إسفين Fe (
1f ) بصمات (تأثيرات) لمناطق مجال FE / BTO. على العكس من ذلك ، توقع العلماء مثل هذه المطبوعات ، بناءً على مبادئ الاحتكاك المغناطيسي.
المغنطيسية * - يتغير في حجم وحجم الجسم بسبب التغيرات في مغنطيسته.
في الوقت نفسه ، يلاحظ العلماء أن عدم وجود مثل هذه المطبوعات لا يستبعد وجود انتقال طفيف للتشوه بين الركيزة والفيلم الحديدي ، أي عدم تطابق شعرية في أقل من 10 ٪.
في الصورة
1f أيضًا
، نرى انتقالًا واضحًا وحادًا بين الحالات المغنطيسية (اللون الأبيض) والحالات المغناطيسية المغناطيسية (اللون الأزرق) مع تغيير في سماكة الفيلم الحديدي. أظهرت مقارنة بين المظهر الجانبي RCDM للإسفين ومظهر السماكة لـ Fe (
1g ) على طول خط واحد سماكة فيلم حرجة (t
FM ) تبلغ 13 Å ، حيث يحدث هذا الانتقال الحاد من حالة مغناطيسية إلى أخرى.
وهنا تجدر الإشارة إلى أنه عند درجة حرارة 320 كلفن ، فإن قيمة السماكة الحرجة للمغناطيس الحديدي في الأفلام الفوقي المترابط المرتب للغاية هي حوالي 1 طبقة أحادية الذرة. وهذا أقل بكثير مما كان عليه في حالة المركب المدروس. وفقًا لذلك ، يشير هذا إلى وجود حالة من المغناطيسية الفائقة في t
Fe <t
FM ، أي بسماكة Fe (في التجربة) أكبر من سمك المغناطيس المغنطيسي (نظريًا). وقد يكون هذا بسبب البنية النانوية للفيلم.
الصورة رقم 2الصورة أعلاه هي نتيجة الفحص المجهري للمجال المظلمة في المنطقة بأكبر سماكة غشاء من الحديد (3 ميكرون). هنا نرى طبقة Fe موحدة من بنية بلورية متناهية الصغر مع الحبوب (البلورات) من 2-3 نانومتر في الحجم. في هذه الحالة ، تبلغ المسافة المستوية لأحد هذه الحبوب 2.86 Å ، والتي ترتبط بالتناظر المتمركز في الجسم (syngony) للشبكة البلورية الحديدية.
الصورة رقم 3والآن الشيء الأكثر أهمية هو التأثير الكهرومغناطيسي واعتماده على الجهد.
قبل البدء في اختبارات الجهد ، تم تبريد العينة لأول مرة إلى 60 كيلو وات ثم تسخينها مرة أخرى إلى 320 كيلو. هذا الإجراء غيّر الهيكل الأولي للمجالات المغناطيسية لطبقة الحديد.
تُظهر الصورة
3 أ صورة RCDM عند V = 0 V ، في غياب التعرض للجهد في جزء معين من العينة. في المنطقة السميكة للوتد المغنطيسي المغنطيسي ، تكون المجالات المغناطيسية (المشارب الزرقاء والبيضاء) التي تكون جدرانها موجهة على طول
جهاز الكمبيوتر [-110] مرئية بوضوح. يمتد اتجاه التمغنط داخل مناطق النطاق هذه إما على طول [010]
كمبيوتر / [0-10]
كمبيوتر (خطوط بيضاء جديدة) ، أو على طول [100]
كمبيوتر (المشارب الزرقاء الأصلية). يمكن ربط بنية مماثلة من المجالات المغناطيسية مع تشكيل مواقع تدور 90 درجة بالنسبة للموضع الأولي مع الدورة الحرارية المذكورة أعلاه أو مع اختلاف درجة الحرارة في هذه الدورة بسبب المرونة الحديدية.
علاوة على ذلك ، تعرضت العينة لجهد V = +74 V ، مما جعل المجالات المغناطيسية أكثر وضوحًا (
3b ). بعد ساعة من هذا الجهد ، أصبحت المجالات المغناطيسية الجديدة ذات الاتجاه على طول [100]
كمبيوتر (أزرق) أو [010]
كمبيوتر / [0-10]
جهاز كمبيوتر (أبيض) مرئية. هذا يظهر في الصورة
3c . وفقًا للعلماء ، تشبه مناطق النطاق الجديدة في اتجاه [100]
جهاز كمبيوتر الجدران المرنة الحديدية
1 درجة مئوية. وهذا يعني أن الركيزة BTO تم تحويلها إلى
V 1 −c
V ferroelastic (SC).
تُظهر الصورة ثلاثية الأبعاد جميع مناطق المجال المغنطيسي بالفعل بجهد قدره 170 فولت. تم وضع علامة على كل منطقة بحرف لاتيني اعتمادًا على الاتجاه المغناطيسي:
α - [010]
pc / [0¯10]
pc (مناطق بيضاء) ؛
β - [100]
كمبيوتر (مناطق زرقاء) ؛
γ هي المنطقة التي
يتم فيها الحفاظ على بصمات المجالات الحديدية السابقة
T 1 aa
T 2 .
أدت الزيادة في الجهد إلى النزوح وتبادل موقف مناطق المجال. من الناحية النظرية ، فإن هذا التعايش بين العديد من مناطق المجال المغناطيسي المختلفة أمر مفهوم ، ولكن في الممارسة العملية تم إثبات ذلك لأول مرة.
لم ير العلماء أي اعتماد خاص على المجالات المغناطيسية على طول محور [100]
جهاز كمبيوتر على التدرج لسمك الفيلم الحديدي. ولكن في الوقت نفسه ، لاحظوا أن تأثير الجهد أدى إلى زيادة في الخصائص المغناطيسية المغناطيسية أقرب إلى الحد الأدنى لسمك Fe (في المناطق β).
علاوة على ذلك ، تم إجراء التعرض باستخدام الجهد من +170 فولت إلى -170 فولت ، مما أكد بيان العلماء أعلاه فيما يتعلق بمناطق β.
الصورة رقم 4إذا قمنا بمقارنة الصور
ثلاثية الأبعاد و
4 أ ، فيمكننا رؤية التغييرات في هذه المناطق (التوسع ، ثم الضيق). ويرتبط هذا مع الاسترخاء تشوه في المواد الكريستالات التي تحدث مع مرور الوقت. فقط تلك المناطق من طبقة Fe ظلت دون تغيير حيث تم تحويل مجالات BTO مؤخرًا. تظهر الصور
4 ب و
4 ج خطوطًا متقطعة على طول
جهاز الكمبيوتر [100] ، والتي تشير إلى المناطق التي حدث فيها الانتقال من α إلى β.
يوضح الرسم البياني
4d نتائج تحليل لمدى المناطق المغناطيسية المغناطيسية. نرى أن نمو الترتيب المغناطيسي طويل المدى يمتد إلى 1.3 ميكرون على طول [100]
جهاز كمبيوتر .
ترتيب مغناطيسي طويل المدى * - ترتيب اتجاه اللحظات المغناطيسية للذرات ، ويمتد عبر مسافات أكثر بكثير من interatomic.
للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة وتفاصيل الدراسة ، أوصي بشدة أن تنظر في
تقرير مجموعة الأبحاث .
خاتمة
الاستنتاج الأساسي الذي يمكن استخلاصه من هذه التجربة هو أن التمدد المحلي للمغناطيسية الحديدية باتجاه مناطق أضيق من طبقة الحديد هو ممكن من خلال عمل متحكم به لجهد معين على العينة. يعزو العلماء هذه العملية إلى التعديل المغنطيسي للتغير المتباين المرتبط بالبلورات الحديدية ، مما يؤدي بدوره إلى ظهور انتقال مغنطيسي فائق مغنطيسي / فائق مغنطيسي في درجة حرارة الغرفة.
اقتربت هذه الدراسة من خطوة واحدة لفهم كيف يمكن التحكم بالترتيب المغنطيسي في مجال كهربائي ، مع التحكم في حجم المجالات المغناطيسية ، وتقليله إلى حجم مجالات FE ، باستخدام هياكل من أفلام رقيقة بدلاً من البلورات المفردة.
السيطرة والسيطرة مرة أخرى. لا يكفي أن نفهم كيف تحدث بعض العمليات الفيزيائية أو الكيميائية حولنا ، فنحن نريد التحكم فيها. والعلماء يبذلون كل ما في وسعهم للحد من تلك العمليات التي كانت حتى الآن تعتبر خاضعة لسيطرة الطبيعة فقط. لا يمكننا إلا أن نأمل أن تهدف مثل هذه الدراسات ، مثل تلك التي درسناها اليوم ، إلى الخلق وليس التدمير.
شكرًا لك على اهتمامك ، ابقَ فضوليًا ولديك أسبوع عمل رائعًا يا شباب.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى الربيع مجانًا عند الدفع لمدة نصف عام ، يمكنك طلبها
هنا .
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ لدينا فقط
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية! اقرأ عن
كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟