Magnonics
મેગ્નોનિક્સ એ આધુનિક ચુંબકત્વનું ઊભરતું ક્ષેત્ર છે, જેને આધુનિક ઘન અવસ્થા ભૌતિકશાસ્ત્રનું પેટા ક્ષેત્ર ગણી શકાય. મેગ્નોનિક્સ તરંગો અને ચુંબકત્વના અભ્યાસને જોડે છે. તેનો મુખ્ય ઉદ્દેશ નેનો-સ્ટ્રક્ચર તત્વોમાં સ્પિન તરંગોના વર્તનની તપાસ કરવાનો છે. સારમાં, સ્પિન તરંગો એ સામગ્રીમાં ચુંબકીયકરણનો પ્રસાર કરતી પુનઃક્રમ છે અને ચુંબકીય ક્ષણોની પ્રગતિમાંથી ઉદ્ભવે છે. ચુંબકીય ક્ષણો ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષા અને સ્પિન ક્ષણોમાંથી ઉદ્ભવે છે, મોટેભાગે તે આ સ્પિન ક્ષણ હોય છે જે ચોખ્ખી ચુંબકીય ક્ષણમાં ફાળો આપે છે. આધુનિક હાર્ડ ડિસ્કની સફળતાને પગલે, ભવિષ્યના ચુંબકીય ડેટા સંગ્રહ અને 'મેગ્નોનિક' તર્ક અને ડેટા સંગ્રહ જેવી વસ્તુઓ માટે સ્પિન તરંગોનો ઉપયોગ કરવામાં ઘણો રસ છે. તેવી જ રીતે, સ્પિન્ટ્રોનિક્સ સમકાલીન ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઇલેક્ટ્રોનના પહેલેથી જ સફળ ચાર્જ ગુણધર્મને પૂરક બનાવવા માટે સ્વતંત્રતાના અંતર્ગત સ્પિન ડિગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે. આધુનિક ચુંબકત્વ ખૂબ જ નાના (સબ-માઇક્રોમીટર) લંબાઈના સ્કેલ અને ખૂબ જ ઝડપી (સબ-નેનોસેકન્ડ) સમય સ્કેલ પર ચુંબકત્વની વર્તણૂકની સમજણને આગળ વધારવા સાથે સંબંધિત છે અને આ કેવી રીતે હાલની અથવા નવી તકનીકો અને કમ્પ્યુટિંગ વિભાવનાઓને સુધારવા માટે લાગુ કરી શકાય છે. મેગ્નોન ટોર્ક ઉપકરણની શોધ કરવામાં આવી હતી અને બાદમાં નેશનલ યુનિવર્સિટી ઓફ સિંગાપોરના ઇલેક્ટ્રિકલ એન્ડ કમ્પ્યુટર એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં પરિપૂર્ણ કરવામાં આવ્યું હતું, જે આવા સંભવિત ઉપયોગો પર આધારિત છે, પરિણામો 29 નવેમ્બર, 2019 ના રોજ સાયન્સમાં પ્રકાશિત થયા હતા. મેગ્નોનિક સ્ફટિક એ વૈકલ્પિક ચુંબકીય ગુણધર્મો સાથે ચુંબકીય મેટામેટેરિયલ છે. પરંપરાગત મેટામેટ્રિયલ્સની જેમ, તેમના ગુણધર્મો તેમની બેન્ડસ્ટ્રક્ચર અથવા રચનાને બદલે સીધા ભૌમિતિક રચનામાંથી ઉદ્ભવે છે. નાની અવકાશી અસમરૂપતાઓ અસરકારક મેક્રોસ્કોપિક વર્તણૂક બનાવે છે, જે પ્રકૃતિમાં સહેલાઈથી ન મળતા ગુણધર્મો તરફ દોરી જાય છે. સાપેક્ષ પારગમ્યતા અથવા સંતૃપ્તિ ચુંબકત્વ જેવા વૈકલ્પિક પરિમાણો દ્વારા, સામગ્રીમાં 'મેગ્નોનિક' બેન્ડગેપ્સને અનુરૂપ બનાવવાની સંભાવના અસ્તિત્વમાં છે. આ બેન્ડગેપના કદને ટ્યુન કરીને, બેન્ડગેપને પાર કરવામાં સક્ષમ સ્પિન વેવ મોડ્સ જ મીડિયા દ્વારા પ્રચાર કરી શકશે, જે ચોક્કસ સ્પિન વેવ ફ્રીક્વન્સીઝના પસંદગીયુક્ત પ્રસાર તરફ દોરી જશે. સરફેસ મેગ્નોન પોલારિટોન જુઓ. સિદ્ધાંત સ્પિન તરંગો ફેરોમૅગ્નેટ અને એન્ટીફેરોમેગ્નેટ જેવા ચુંબકીય ક્રમ સાથે ચુંબકીય માધ્યમોમાં પ્રસારી શકે છે. ચુંબકકરણની પૂર્વગમનની આવૃત્તિઓ સામગ્રી અને તેના ચુંબકીય પરિમાણો પર આધાર રાખે છે, સામાન્ય રીતે પૂર્વગમન આવૃત્તિઓ 1-100 ગીગાહર્ટ્ઝથી માઇક્રોવેવમાં હોય છે, ચોક્કસ સામગ્રીમાં વિનિમય પ્રતિધ્વનિ કેટલાક ટીએચઝેડ સુધીની આવૃત્તિઓ પણ જોઈ શકે છે. આ ઉચ્ચ પ્રીસેશન આવર્તન એનાલોગ અને ડિજિટલ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ માટે નવી શક્યતાઓ ખોલે છે. સ્પિન તરંગો પોતે થોડા કિમી પ્રતિ સેકન્ડના ક્રમમાં જૂથ વેગ ધરાવે છે. ચુંબકીય પદાર્થમાં સ્પિન તરંગોનું ભીનાશ પણ સ્પિન તરંગના કંપનવિસ્તારને અંતર સાથે ક્ષીણ થવાનું કારણ બને છે, જેનો અર્થ થાય છે કે મુક્તપણે ફેલાતા સ્પિન તરંગો જે અંતરની મુસાફરી કરી શકે છે તે સામાન્ય રીતે માત્ર 10 માઇક્રોન જેટલું હોય છે. લેન્ડૌ-લિફશિટ્ઝ-ગિલ્બર્ટ સમીકરણ (એલ. એલ. જી. સમીકરણ) માં ગિલ્બર્ટ ડેમ્પિંગ અચળાંક દ્વારા ગતિશીલ ચુંબકત્વના ભીનાશને અસાધારણ રીતે ગણવામાં આવે છે, ઊર્જા નુકશાન પદ્ધતિ પોતે સંપૂર્ણપણે સમજી શકાતી નથી, પરંતુ તે મેગ્નોન-મેગ્નોન સ્કેટરિંગ, મેગ્નોન-ફોનોન સ્કેટરિંગ અને એડી પ્રવાહોને કારણે થતા નુકસાનથી માઇક્રોસ્કોપિક રીતે ઉત્પન્ન થાય છે. લાન્દાઉ-લિફશિટ્ઝ-ગિલ્બર્ટ સમીકરણ એ ચુંબકત્વ માટેનું 'ગતિનું સમીકરણ' છે. ચુંબકીય પ્રણાલીઓના તમામ ગુણધર્મો જેમ કે લાગુ પૂર્વગ્રહ ક્ષેત્ર, નમૂનાનું વિનિમય, અનિસોટ્રોપી અને દ્વિધ્રુવીય ક્ષેત્રોને 'અસરકારક' ચુંબકીય ક્ષેત્રની દ્રષ્ટિએ વર્ણવવામાં આવે છે જે લેન્ડૌ-લિફશિટ્ઝ-ગિલ્બર્ટ સમીકરણમાં પ્રવેશ કરે છે. ચુંબકીય પ્રણાલીઓમાં ભીનાશનો અભ્યાસ એક ચાલુ આધુનિક સંશોધન વિષય છે. એલ. એલ. સમીકરણ 1935માં લાન્દાઉ અને લિફશિટ્ઝ દ્વારા અસરકારક ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે અને ભીનાશ સાથે ઘનમાં ચુંબકત્વની પૂર્વવર્તી ગતિનું નમૂના બનાવવા માટે રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. પાછળથી, ગિલ્બર્ટે ભીનાશ શબ્દમાં ફેરફાર કર્યો, જે નાના ભીનાશની મર્યાદામાં સમાન પરિણામો આપે છે. એલ. એલ. જી. સમીકરણ છે, સ્થિરાંક એ ગિલ્બર્ટ ફેનોમેનોલોજિકલ ડેમ્પિંગ પરિમાણ છે અને તે ઘન પર આધાર રાખે છે, અને તે ઇલેક્ટ્રોન જાઇરોમેગ્નેટિક રેશિયો છે. અહીં ચુંબકત્વમાં સંશોધન, બાકીના આધુનિક વિજ્ઞાનની જેમ, સૈદ્ધાંતિક અને પ્રાયોગિક અભિગમોના સહજીવન સાથે હાથ ધરવામાં આવે છે. બંને અભિગમો સાથે-સાથે ચાલે છે, પ્રયોગો સિદ્ધાંતની આગાહીઓનું પરીક્ષણ કરે છે અને સિદ્ધાંત નવા પ્રયોગોની સ્પષ્ટતા અને આગાહીઓ પ્રદાન કરે છે. સૈદ્ધાંતિક બાજુ આંકડાકીય મોડેલિંગ અને સિમ્યુલેશન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જેને માઇક્રોમેગ્નેટિક મોડેલિંગ કહેવાય છે. OOMMF અથવા NMAG જેવા પ્રોગ્રામ્સ માઇક્રોમેગ્નેટિક સોલ્વર્સ છે જે યોગ્ય સીમા શરતો સાથે LLG સમીકરણને આંકડાકીય રીતે હલ કરે છે. સિમ્યુલેશનની શરૂઆત પહેલાં, નમૂનાના ચુંબકીય પરિમાણો અને પ્રારંભિક ગ્રાઉન્ડસ્ટેટ ચુંબકત્વ અને પૂર્વગ્રહ ક્ષેત્રની વિગતો જણાવવામાં આવી છે. પ્રાયોગિક રીતે, ચુંબકીય ઘટનાનો અભ્યાસ કરવા માટે ઘણી તકનીકો અસ્તિત્વમાં છે, દરેકની પોતાની મર્યાદાઓ અને ફાયદા છે. પ્રાયોગિક તકનીકોને ટાઇમ-ડોમેન (ઓપ્ટિકલ અને ફિલ્ડ પમ્પ્ડ TR-MOKE), ફિલ્ડ-ડોમેન (ફેરોમેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (FMR)) અને ફ્રીક્વન્સી-ડોમેન તકનીકો (બ્રિલોઇન લાઇટ સ્કેટરિંગ (BLS), વેક્ટર નેટવર્ક એનાલાઇઝર-ફેરોમેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (VNA-FMR)) દ્વારા અલગ કરી શકાય છે. ટાઇમ-ડોમેન તકનીકો નમૂનાના ધ્રુવીકરણ પ્રતિસાદને રેકોર્ડ કરીને પરોક્ષ રીતે ચુંબકકરણની અસ્થાયી ઉત્ક્રાંતિને શોધવાની મંજૂરી આપે છે. ચુંબકત્વનું અનુમાન કહેવાતા 'કેર' પરિભ્રમણ દ્વારા કરી શકાય છે. એફ. એમ. આર. જેવી ક્ષેત્ર-ક્ષેત્ર તકનીકો સી. ડબલ્યુ. માઇક્રોવેવ ક્ષેત્ર સાથે ચુંબકત્વને ઉત્તેજીત કરે છે. નમૂના દ્વારા માઇક્રોવેવ કિરણોત્સર્ગના શોષણને માપવાથી, બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રને સાફ કરવામાં આવે છે તે નમૂનામાં ચુંબકીય પડઘો વિશે માહિતી પૂરી પાડે છે. મહત્ત્વની વાત એ છે કે ચુંબકત્વની પ્રક્રિયા જે આવર્તન પર થાય છે તે લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાત પર આધાર રાખે છે. જેમ જેમ બાહ્ય ક્ષેત્રની શક્તિ વધે છે, તેમ તેમ પૂર્વવર્તી આવર્તન પણ વધે છે. વી. એન. એ.-એફ. એમ. આર. જેવી ફ્રિક્વન્સી-ડોમેન તકનીકો, આર. એફ. પ્રવાહ દ્વારા ઉત્તેજનાને કારણે ચુંબકીય પ્રતિક્રિયાની તપાસ કરે છે, પ્રવાહની આવર્તન જી. એચ. ઝેડ. શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે અને પ્રસારિત અથવા પ્રતિબિંબિત પ્રવાહનું કંપનવિસ્તાર માપી શકાય છે. આધુનિક અલ્ટ્રાફાસ્ટ લેસરો ટાઇમ-ડોમેન તકનીકો માટે ફેમ્ટોસેકન્ડ (એફ. એસ.) ટેમ્પોરલ રિઝોલ્યુશનને મંજૂરી આપે છે, આવા સાધનો હવે પ્રયોગશાળાના વાતાવરણમાં પ્રમાણભૂત છે. મેગ્નેટો-ઓપ્ટિક કેર અસરના આધારે, TR-MOKE એ પંપ-પ્રોબ તકનીક છે જ્યાં સ્પંદિત લેસર સ્રોત બે અલગ લેસર બીમ સાથે નમૂનાને પ્રકાશિત કરે છે. 'પંપ' બીમ સંતુલનમાંથી નમૂનાને ઉત્તેજિત કરવા અથવા ખલેલ પહોંચાડવા માટે રચાયેલ છે, તે ખૂબ જ તીવ્ર છે જે નમૂના સામગ્રીની અંદર અત્યંત બિન-સંતુલન પરિસ્થિતિઓ બનાવવા માટે રચાયેલ છે, ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજીત કરે છે, અને તે પછી ફોનોન અને સ્પિન સિસ્ટમ. ઉચ્ચ ઊર્જા પર સ્પિન-વેવ સ્થિતિઓ ઉત્તેજિત હોય છે અને ત્યારબાદ તેમના છૂટછાટના માર્ગ દરમિયાન નીચાણવાળા રાજ્યોમાં વસવાટ કરે છે. 'પ્રોબ' બીમ તરીકે ઓળખાતી ઘણી નબળી બીમ મેગ્નોનિક સામગ્રીની સપાટી પર પંપ બીમ સાથે અવકાશી રીતે ઓવરલેપ થાય છે. પ્રોબ બીમ વિલંબ રેખા સાથે પસાર થાય છે, જે પ્રોબ પાથની લંબાઈ વધારવાની યાંત્રિક રીત છે. પ્રોબ પાથની લંબાઈ વધારવાથી, તે પંપ બીમના સંદર્ભમાં વિલંબિત થાય છે અને નમૂનાની સપાટી પર પછીથી આવે છે. વિલંબ અંતરને બદલીને પ્રયોગમાં સમય-રીઝોલ્યુશન બનાવવામાં આવે છે. જેમ જેમ વિલંબ રેખાની સ્થિતિને આગળ વધારવામાં આવે છે, તેમ પ્રતિબિંબિત બીમ ગુણધર્મો માપવામાં આવે છે. માપવામાં આવેલ કેર પરિભ્રમણ ગતિશીલ ચુંબકત્વના પ્રમાણમાં છે કારણ કે સ્પિન-તરંગો માધ્યમોમાં પ્રસરે છે. ટેમ્પોરલ રિઝોલ્યુશન માત્ર લેસર પલ્સની ટેમ્પોરલ પહોળાઈ દ્વારા મર્યાદિત છે. આ અલ્ટ્રાફાસ્ટ ઓપ્ટિક્સને સ્થાનિક સ્પિન-વેવ ઉત્તેજના સાથે જોડવા અને મેગ્નોનિક મેટામેટ્રિયલ્સ, ફોટોમેગ્નોનિક્સમાં સંપર્ક મુક્ત શોધને મંજૂરી આપે છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ ચુંબકીય ક્રમ