Magnonics
मैग्नोनिक्स आधुनिक चुंबकत्व का एक उभरता हुआ क्षेत्र है, जिसे आधुनिक ठोस अवस्था भौतिकी का एक उप-क्षेत्र माना जा सकता है। मैग्नोनिक्स तरंगों और चुंबकत्व के अध्ययन को जोड़ती है। इसका मुख्य उद्देश्य नैनो-संरचना तत्वों में स्पिन तरंगों के व्यवहार की जांच करना है। संक्षेप में, घूर्णन तरंगें किसी सामग्री में चुंबकत्व का एक प्रसार पुनः क्रम है और चुंबकीय क्षणों की पूर्व गति से उत्पन्न होती हैं। चुंबकीय क्षण इलेक्ट्रॉन के कक्षीय और स्पिन क्षणों से उत्पन्न होते हैं, अक्सर यह स्पिन क्षण होता है जो शुद्ध चुंबकीय क्षण में योगदान देता है। आधुनिक हार्ड डिस्क की सफलता के बाद, भविष्य के चुंबकीय डेटा भंडारण और 'मैगनोनिक' तर्क और डेटा भंडारण जैसी चीजों के लिए स्पिन तरंगों का उपयोग करने में बहुत रुचि है। इसी तरह, स्पिनट्रॉनिक्स समकालीन इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉन के पहले से ही सफल चार्ज गुण को पूरा करने के लिए स्वतंत्रता की अंतर्निहित स्पिन डिग्री का उपयोग करता है। आधुनिक चुंबकत्व बहुत छोटे (उप-माइक्रोमीटर) लंबाई पैमाने और बहुत तेज (उप-नैनोसेकंड) समय पैमाने पर चुंबकत्व के व्यवहार की समझ को आगे बढ़ाने से संबंधित है और इसे मौजूदा या नई तकनीकों और कंप्यूटिंग अवधारणाओं को उत्पन्न करने के लिए कैसे लागू किया जा सकता है। एक मैगनन टॉर्क उपकरण का आविष्कार किया गया था और बाद में सिंगापुर के राष्ट्रीय विश्वविद्यालय के इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग विभाग में परिपूर्ण किया गया था, जो इस तरह के संभावित उपयोगों पर आधारित है, जिसके परिणाम 29 नवंबर, 2019 को विज्ञान में प्रकाशित हुए थे। एक मैगनोनिक क्रिस्टल एक चुंबकीय मेटामेटेरियल है जिसमें वैकल्पिक चुंबकीय गुण होते हैं। पारंपरिक मेटामेट्रियल्स की तरह, उनके गुण सीधे उनकी बैंडस्ट्रक्चर या संरचना के बजाय ज्यामितीय संरचना से उत्पन्न होते हैं। छोटी स्थानिक असमरूपताएँ एक प्रभावी मैक्रोस्कोपिक व्यवहार पैदा करती हैं, जिससे प्रकृति में आसानी से नहीं पाए जाने वाले गुण पैदा होते हैं। सापेक्ष पारगम्यता या संतृप्ति चुंबकत्व जैसे मापदंडों को बदलकर, सामग्री में 'मैगनोनिक' बैंडगैप को तैयार करने की संभावना मौजूद है। इस बैंडगैप के आकार को ट्यून करके, केवल बैंडगैप को पार करने में सक्षम स्पिन तरंग मोड मीडिया के माध्यम से प्रचार करने में सक्षम होंगे, जिससे कुछ स्पिन तरंग आवृत्तियों का चयनात्मक प्रसार होगा। सरफेस मैगनन पोलरिटॉन देखें। सिद्धांत स्पिन तरंगें चुंबकीय माध्यम में चुंबकीय क्रम जैसे कि फेरोमैग्नेट और एंटीफेरोमैग्नेट के साथ प्रसार कर सकती हैं। चुंबकत्व के पूर्वगमन की आवृत्तियाँ सामग्री और उसके चुंबकीय मापदंडों पर निर्भर करती हैं, सामान्य रूप से पूर्वगमन आवृत्तियाँ 1-100 गीगाहर्ट्ज़ से माइक्रोवेव में होती हैं, विशेष सामग्रियों में विनिमय अनुनाद कई टीएचज़ तक की आवृत्तियों को भी देख सकते हैं। यह उच्च प्रीसेशन आवृत्ति एनालॉग और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए नई संभावनाएं खोलती है। स्पिन तरंगों में कुछ किमी प्रति सेकंड के क्रम पर समूह वेग होते हैं। एक चुंबकीय पदार्थ में स्पिन तरंगों के नम होने से स्पिन तरंग का आयाम भी दूरी के साथ क्षय हो जाता है, जिसका अर्थ है कि स्वतंत्र रूप से प्रसारित होने वाली स्पिन तरंगें आमतौर पर केवल 10 माइक्रोन की दूरी तय कर सकती हैं। लैंडाउ-लिफ्शिट्ज़-गिल्बर्ट समीकरण (एल. एल. जी. समीकरण) में गिल्बर्ट अवसादन स्थिरांक द्वारा गतिशील चुंबकत्व के अवसादन को घटनात्मक रूप से गिना जाता है, ऊर्जा हानि तंत्र को पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन यह सूक्ष्मदर्शी रूप से मैगनन-मैगनन प्रकीर्णन, मैगनन-फोनन प्रकीर्णन और एडी धाराओं के कारण होने वाले नुकसान से उत्पन्न होने के लिए जाना जाता है। लैंडाउ-लिफशिट्ज़-गिल्बर्ट समीकरण चुंबकत्व के लिए 'गति का समीकरण' है। चुंबकीय प्रणालियों के सभी गुण जैसे कि लागू पूर्वाग्रह क्षेत्र, नमूने का आदान-प्रदान, अनिसोट्रोपी और द्विध्रुवीय क्षेत्रों को एक 'प्रभावी' चुंबकीय क्षेत्र के संदर्भ में वर्णित किया गया है जो लैंडाउ-लिफशिट्ज़-गिल्बर्ट समीकरण में प्रवेश करता है। चुंबकीय प्रणालियों में आर्द्रता का अध्ययन एक निरंतर आधुनिक शोध विषय है। एल. एल. समीकरण 1935 में लैंडाउ और लिफशिट्ज़ द्वारा एक प्रभावी चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक ठोस में चुंबकत्व की पूर्ववर्ती गति को मॉडल करने के लिए पेश किया गया था। बाद में, गिल्बर्ट ने डेम्पिंग शब्द को संशोधित किया, जो छोटे डेम्पिंग की सीमा में समान परिणाम देता है। एल. एल. जी. समीकरण है, स्थिरांक गिल्बर्ट फेनोमेनोलॉजिकल डेम्पिंग पैरामीटर है और ठोस पर निर्भर करता है, और इलेक्ट्रॉन जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है। यहाँ चुंबकत्व में अनुसंधान, बाकी आधुनिक विज्ञान की तरह, सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक दृष्टिकोणों के सहजीवन के साथ आयोजित किया जाता है। दोनों दृष्टिकोण साथ-साथ चलते हैं, प्रयोग सिद्धांत की भविष्यवाणियों का परीक्षण करते हैं और सिद्धांत नए प्रयोगों की व्याख्या और भविष्यवाणियां प्रदान करता है। सैद्धांतिक पक्ष संख्यात्मक प्रतिरूपण और अनुकरण पर केंद्रित है, जिसे सूक्ष्म चुम्बकीय प्रतिरूपण कहा जाता है। ओ. ओ. एम. एम. एफ. या एन. एम. ए. जी. जैसे कार्यक्रम सूक्ष्म चुम्बकीय समाधानक हैं जो संख्यात्मक रूप से उपयुक्त सीमा स्थितियों के साथ एल. एल. जी. समीकरण को हल करते हैं। अनुकरण की शुरुआत से पहले, नमूने के चुंबकीय मापदंड और प्रारंभिक ग्राउंडस्टेट चुंबकत्व और पूर्वाग्रह क्षेत्र के विवरण बताए गए हैं। प्रायोगिक रूप से, चुंबकीय घटनाओं का अध्ययन करने के लिए कई तकनीकें मौजूद हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी सीमाएं और फायदे हैं। प्रयोगात्मक तकनीकों को समय-क्षेत्र (ऑप्टिकल और फील्ड पंप्ड टीआर-एमओकेई), क्षेत्र-क्षेत्र (लौह-चुंबकीय अनुनाद (एफएमआर)) और आवृत्ति-क्षेत्र तकनीक (ब्रिलौइन प्रकाश प्रकीर्णन (बीएलएस), वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक-लौह-चुंबकीय अनुनाद (वीएनए-एफएमआर)) से अलग किया जा सकता है। समय-क्षेत्र तकनीकें चुंबकत्व के अस्थायी विकास को नमूने की ध्रुवीकरण प्रतिक्रिया को रिकॉर्ड करके अप्रत्यक्ष रूप से पता लगाने की अनुमति देती हैं। चुंबकत्व का अनुमान तथाकथित 'केर' घूर्णन द्वारा लगाया जा सकता है। एफ. एम. आर. जैसी फील्ड-डोमेन तकनीकें सी. डब्ल्यू. माइक्रोवेव क्षेत्र के साथ चुंबकत्व को गुदगुदी करती हैं। नमूने के माध्यम से माइक्रोवेव विकिरण के अवशोषण को मापकर, जैसे ही एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र बहाया जाता है, नमूने में चुंबकीय अनुनाद के बारे में जानकारी प्रदान करता है। महत्वपूर्ण रूप से, जिस आवृत्ति पर चुंबकत्व पूर्व प्रक्रिया करता है, वह लागू चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे बाहरी क्षेत्र की ताकत बढ़ती है, वैसे-वैसे पूर्वगमन आवृत्ति भी बढ़ती है। वी. एन. ए.-एफ. एम. आर. जैसी आवृत्ति-क्षेत्र तकनीकें, आर. एफ. धारा द्वारा उत्तेजना के कारण चुंबकीय प्रतिक्रिया की जांच करती हैं, धारा की आवृत्ति जी. एच. जेड. सीमा के माध्यम से बह जाती है और संचारित या परावर्तित धारा के आयाम को मापा जा सकता है। आधुनिक अल्ट्राफास्ट लेजर समय-क्षेत्र तकनीकों के लिए फेमटोसेकंड (एफ. एस.) अस्थायी संकल्प की अनुमति देते हैं, ऐसे उपकरण अब प्रयोगशाला वातावरण में मानक हैं। मैग्नेटो-ऑप्टिक केर प्रभाव के आधार पर, टीआर-मोक एक पंप-जांच तकनीक है जहाँ एक स्पंदित लेजर स्रोत दो अलग-अलग लेजर किरणों के साथ नमूने को प्रकाशित करता है। 'पंप' बीम को संतुलन से नमूने को उत्तेजित या विचलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, यह बहुत तीव्र है जिसे नमूना सामग्री के भीतर अत्यधिक गैर-संतुलन स्थितियों को बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करता है, और इस तरह बाद में फोनन और स्पिन प्रणाली। उच्च ऊर्जा पर स्पिन-वेव अवस्थाएँ उत्तेजित होती हैं और बाद में अपने विश्राम पथ के दौरान निचले राज्यों को आबाद करती हैं। एक बहुत कमजोर बीम जिसे 'प्रोब' बीम कहा जाता है, चुंबकीय सामग्री की सतह पर पंप बीम के साथ स्थानिक रूप से अतिव्यापी होता है। जांच बीम को एक विलंब रेखा के साथ पारित किया जाता है, जो जांच पथ की लंबाई बढ़ाने का एक यांत्रिक तरीका है। जांच पथ की लंबाई बढ़ाने से, यह पंप बीम के संबंध में विलंबित हो जाता है और बाद में नमूना सतह पर पहुंच जाता है। देरी की दूरी को बदलकर प्रयोग में समय-समाधान का निर्माण किया जाता है। जैसे ही विलंब रेखा की स्थिति को आगे बढ़ाया जाता है, परावर्तित किरण के गुणों को मापा जाता है। मापा केर घूर्णन गतिशील चुंबकत्व के समानुपाती है क्योंकि स्पिन-तरंगें मीडिया में फैलती हैं। अस्थायी संकल्प केवल लेजर पल्स की अस्थायी चौड़ाई द्वारा सीमित है। यह एक स्थानीय स्पिन-वेव उत्तेजना के साथ अल्ट्राफास्ट प्रकाशिकी को जोड़ने और मैगनोनिक मेटामेट्रियल्स, फोटोमैग्नॉनिक्स में संपर्क मुक्त पहचान करने की अनुमति देता है। संदर्भ बाहरी लिंक चुंबकीय क्रम