Magnonics
میگنونکس جدید مقناطیسیت کا ایک ابھرتا ہوا میدان ہے، جسے جدید ٹھوس حالت طبیعیات کا ذیلی میدان سمجھا جا سکتا ہے۔ میگنونکس لہروں اور مقناطیسیت کے مطالعہ کو یکجا کرتا ہے۔ اس کا بنیادی مقصد نینو ساخت کے عناصر میں گھماؤ لہروں کے رویے کی تحقیقات کرنا ہے۔ جوہر میں، گھماؤ لہریں کسی مادے میں مقناطیسیت کا دوبارہ ترتیب دینے کا ایک پھیلاؤ ہیں اور مقناطیسی لمحات کی پیش قدمی سے پیدا ہوتی ہیں۔ مقناطیسی لمحات الیکٹران کے مداری اور گھومنے والے لمحات سے پیدا ہوتے ہیں، اکثر یہ گھومنے والا لمحہ ہوتا ہے جو خالص مقناطیسی لمحے میں حصہ ڈالتا ہے۔ جدید ہارڈ ڈسک کی کامیابی کے بعد، مستقبل کے مقناطیسی ڈیٹا اسٹوریج اور 'میگنونک' منطق اور ڈیٹا اسٹوریج جیسی چیزوں کے لیے اسپن ویوز کے استعمال میں بہت زیادہ موجودہ دلچسپی ہے۔ اسی طرح، اسپنٹرونکس عصری الیکٹرانکس میں استعمال ہونے والے الیکٹران کی پہلے سے ہی کامیاب چارج پراپرٹی کی تکمیل کے لیے آزادی کی موروثی اسپن ڈگری کو استعمال کرتا نظر آتا ہے۔ جدید مقناطیسیت کا تعلق بہت چھوٹے (ذیلی مائکرو میٹر) لمبائی کے پیمانے اور بہت تیز (ذیلی نینو سیکنڈ) ٹائم اسکیل پر مقناطیسیت کے رویے کی سمجھ کو آگے بڑھانے سے ہے اور اس کا اطلاق موجودہ یا نئی ٹیکنالوجیز اور کمپیوٹنگ تصورات کو بہتر بنانے کے لیے کیسے کیا جا سکتا ہے۔ ایک میگنون ٹارک ڈیوائس ایجاد کیا گیا اور بعد میں نیشنل یونیورسٹی آف سنگاپور کے الیکٹریکل اینڈ کمپیوٹر انجینئرنگ ڈیپارٹمنٹ میں اسے مکمل کیا گیا، جو اس طرح کے ممکنہ استعمال پر مبنی ہے، جس کے نتائج 29 نومبر 2019 کو سائنس میں شائع ہوئے۔ میگنونک کرسٹل ایک مقناطیسی میٹا میٹریل ہے جس میں متبادل مقناطیسی خصوصیات ہوتی ہیں۔ روایتی میٹا میٹریلز کی طرح، ان کی خصوصیات ہندسی ساخت سے پیدا ہوتی ہیں، بجائے اس کے کہ ان کی بینڈ اسٹرکچر یا ساخت براہ راست ہو۔ چھوٹی مقامی غیر یکساںتیں ایک موثر میکروسکوپک طرز عمل پیدا کرتی ہیں، جس کی وجہ سے ایسی خصوصیات پیدا ہوتی ہیں جو فطرت میں آسانی سے نہیں پائی جاتی ہیں۔ متعلقہ پارگمیتا یا سیچوریشن میگنیٹائزیشن جیسے پیرامیٹرز کو تبدیل کرنے سے، مواد میں 'میگنونک' بینڈ گیپس کو موزوں بنانے کا امکان موجود ہے۔ اس بینڈ گیپ کے سائز کو ٹیون کرنے سے، بینڈ گیپ کو عبور کرنے کے قابل صرف اسپن ویو موڈ میڈیا کے ذریعے پھیل سکیں گے، جس کی وجہ سے بعض اسپن ویو فریکوئنسیز کا انتخابی پھیلاؤ ہوگا۔ سرفیس میگنون پولرائٹن دیکھیں۔ نظریہ اسپن لہریں مقناطیسی ترتیب کے ساتھ مقناطیسی میڈیا میں پھیل سکتی ہیں جیسے کہ فیرومیگنیٹ اور اینٹیفیرومیگنیٹ۔ مقناطیسیت کی پیش قدمی کی تعدد کا انحصار مواد اور اس کے مقناطیسی پیرامیٹرز پر ہوتا ہے، عام طور پر پیش قدمی تعدد مائکروویو میں 1-100 GHZ سے ہوتی ہیں، خاص مواد میں تبادلے کی گونج کئی THZ تک کی تعدد بھی دیکھ سکتی ہیں۔ یہ زیادہ پریسیشن فریکوئنسی اینالاگ اور ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ کے لیے نئے امکانات کھولتی ہے۔ اسپن لہریں خود چند کلومیٹر فی سیکنڈ کی ترتیب پر گروپ کی رفتار رکھتی ہیں۔ مقناطیسی مادے میں گھماؤ لہروں کا ڈمپنگ بھی گھماؤ لہر کے طول و عرض کو فاصلے کے ساتھ گرنے کا سبب بنتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ آزادانہ طور پر پھیلی ہوئی گھماؤ لہریں جو فاصلہ طے کر سکتی ہیں وہ عام طور پر صرف 10 مائیکرو میٹر کا ہوتا ہے۔ لینڈو-لفشٹز-گلبرٹ مساوات (ایل ایل جی مساوات) میں گلبرٹ ڈمپنگ مستقل کے ذریعے متحرک مقناطیسیت کی ڈمپنگ کو مظاہر کے لحاظ سے شمار کیا جاتا ہے، توانائی کے نقصان کا طریقہ کار خود مکمل طور پر سمجھ میں نہیں آتا ہے، لیکن اسے خوردبین طور پر میگنون-میگنون بکھرنے، میگنون-فونون بکھرنے اور ایڈی کرنٹس کی وجہ سے ہونے والے نقصانات سے پیدا ہونے کے لیے جانا جاتا ہے۔ لینڈو-لفشٹز-گلبرٹ مساوات مقناطیسیت کے لیے 'حرکت کی مساوات' ہے۔ مقناطیسی نظام کی تمام خصوصیات جیسے اطلاق شدہ تعصب کا میدان، نمونے کا تبادلہ، انیسوٹروپی اور دو قطبی میدانوں کو ایک 'موثر' مقناطیسی میدان کے لحاظ سے بیان کیا گیا ہے جو لینڈو-لفشٹز-گلبرٹ مساوات میں داخل ہوتا ہے۔ مقناطیسی نظاموں میں ڈمپنگ کا مطالعہ ایک جاری جدید تحقیقی موضوع ہے۔ ایل ایل مساوات 1935 میں لینڈو اور لفشٹز نے ایک موثر مقناطیسی میدان اور ڈمپنگ کے ساتھ ٹھوس میں مقناطیسیت کی قبل از وقت حرکت کا نمونہ بنانے کے لیے متعارف کرائی تھی۔ بعد میں، گلبرٹ نے ڈمپنگ کی اصطلاح میں ترمیم کی، جو چھوٹی ڈمپنگ کی حد میں یکساں نتائج دیتی ہے۔ ایل ایل جی مساوات ہے، مستقل گلبرٹ فینومینولوجیکل ڈمپنگ پیرامیٹر ہے اور ٹھوس پر منحصر ہے، اور الیکٹران گیرومیگنیٹک تناسب ہے۔ یہاں مقناطیسیت میں تحقیق، باقی جدید سائنس کی طرح، نظریاتی اور تجرباتی طریقوں کے سمبیوسس کے ساتھ کی جاتی ہے۔ دونوں نقطہ نظر ایک ساتھ چلتے ہیں، تجربات نظریہ کی پیش گوئیوں کی جانچ کرتے ہیں اور نظریہ نئے تجربات کی وضاحتیں اور پیش گوئیاں فراہم کرتا ہے۔ نظریاتی پہلو عددی ماڈلنگ اور تخروپن پر مرکوز ہے، جسے مائکرومیگنیٹک ماڈلنگ کہا جاتا ہے۔ او او ایم ایم ایف یا این ایم اے جی جیسے پروگرام مائکرو میگنیٹک حل کرنے والے ہوتے ہیں جو عددی طور پر ایل ایل جی مساوات کو مناسب باؤنڈری کنڈیشنز کے ساتھ حل کرتے ہیں۔ تخروپن کے آغاز سے پہلے، نمونے کے مقناطیسی پیرامیٹرز اور ابتدائی گراؤنڈ اسٹیٹ میگنیٹائزیشن اور بائیس فیلڈ کی تفصیلات بیان کی جاتی ہیں۔ تجرباتی طور پر، مقناطیسی مظاہر کا مطالعہ کرنے کے لیے بہت سی تکنیکیں موجود ہیں، جن میں سے ہر ایک کی اپنی حدود اور فوائد ہیں۔ تجرباتی تکنیکوں کو ٹائم ڈومین (آپٹیکل اور فیلڈ پمپڈ ٹی آر-ایم او کے ای)، فیلڈ ڈومین (فیرومیگنیٹک ریزونینس (ایف ایم آر)) اور فریکوئنسی ڈومین تکنیک (برلوئن لائٹ سکٹرینگ (بی ایل ایس)، ویکٹر نیٹ ورک تجزیہ کار-فیرومیگنیٹک ریزونینس (وی این اے-ایف ایم آر)) سے ممتاز کیا جا سکتا ہے۔ ٹائم ڈومین تکنیک نمونے کے پولرائزیشن ردعمل کو ریکارڈ کرکے بالواسطہ طور پر مقناطیسیت کے عارضی ارتقاء کا پتہ لگانے کی اجازت دیتی ہے۔ مقناطیسیت کا اندازہ نام نہاد 'کیر' گردش سے لگایا جا سکتا ہے۔ فیلڈ ڈومین تکنیک جیسے ایف ایم آر سی ڈبلیو مائکروویو فیلڈ کے ساتھ مقناطیسیت کو چکنا کرتی ہے۔ نمونے کے ذریعے مائکروویو تابکاری کے جذب کی پیمائش کرکے، جیسے ہی بیرونی مقناطیسی میدان کو بہایا جاتا ہے نمونے میں مقناطیسی گونج کے بارے میں معلومات فراہم کرتا ہے۔ اہم بات یہ ہے کہ مقناطیسیت جس تعدد پر آگے بڑھتی ہے اس کا انحصار اطلاق شدہ مقناطیسی میدان کی طاقت پر ہوتا ہے۔ جیسے جیسے بیرونی فیلڈ کی طاقت میں اضافہ ہوتا ہے، اسی طرح پریسیشن فریکوئنسی میں بھی اضافہ ہوتا ہے۔ فریکوئنسی ڈومین تکنیک جیسے کہ وی این اے-ایف ایم آر، آر ایف کرنٹ کے ذریعے محرک کی وجہ سے مقناطیسی ردعمل کی جانچ کرتی ہے، کرنٹ کی فریکوئنسی جی ایچ زیڈ رینج سے گزر جاتی ہے اور منتقل شدہ یا عکاسی شدہ کرنٹ کے طول و عرض کی پیمائش کی جا سکتی ہے۔ جدید الٹرا فاسٹ لیزرز ٹائم ڈومین تکنیک کے لیے فیمٹوسیکنڈ (ایف ایس) عارضی ریزولوشن کی اجازت دیتے ہیں، اس طرح کے اوزار اب لیبارٹری کے ماحول میں معیاری ہیں۔ میگنیٹو آپٹک کیر اثر کی بنیاد پر، ٹی آر-موک ایک پمپ پروب تکنیک ہے جہاں ایک پلسڈ لیزر ماخذ نمونے کو دو الگ الگ لیزر بیموں سے روشن کرتا ہے۔ 'پمپ' بیم کو نمونے کو توازن سے پرجوش یا پریشان کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، یہ بہت شدید ہے جو نمونے کے مواد کے اندر انتہائی غیر توازن کے حالات پیدا کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، الیکٹران کو پرجوش کرتا ہے، اور اس طرح بعد میں فونون اور اسپن سسٹم۔ زیادہ توانائی پر اسپن ویو ریاستیں پرجوش ہوتی ہیں اور اس کے بعد نچلی ریاستوں کو ان کے آرام کے راستے کے دوران آباد کرتی ہیں۔ ایک بہت کمزور بیم جسے 'پروب' بیم کہا جاتا ہے، مقناطیسی مواد کی سطح پر پمپ بیم کے ساتھ مقامی طور پر اوور لیپ ہوتا ہے۔ پروب بیم کو تاخیر لائن کے ساتھ منتقل کیا جاتا ہے، جو تحقیقات کے راستے کی لمبائی کو بڑھانے کا ایک مکینیکل طریقہ ہے۔ تحقیقات کے راستے کی لمبائی بڑھانے سے، یہ پمپ بیم کے حوالے سے تاخیر کا شکار ہو جاتا ہے اور بعد میں نمونے کی سطح پر پہنچ جاتا ہے۔ تجربے میں تاخیر کے فاصلے کو تبدیل کرکے وقت کا حل بنایا جاتا ہے۔ جیسے ہی تاخیر لائن کی پوزیشن کو قدم رکھا جاتا ہے، عکاسی شدہ بیم کی خصوصیات کی پیمائش کی جاتی ہے۔ پیمائش شدہ کیر گردش متحرک مقناطیسیت کے متناسب ہے کیونکہ میڈیا میں گھماؤ کی لہریں پھیلتی ہیں۔ عارضی ریزولوشن صرف لیزر پلس کی عارضی چوڑائی تک محدود ہے۔ یہ الٹرا فاسٹ آپٹکس کو مقامی اسپن ویو ایکسائٹیشن کے ساتھ جوڑنے اور میگنونک میٹا میٹریلز، فوٹومیگنونکس میں کانٹیکٹ فری ڈٹیکشن کی اجازت دیتا ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط مقناطیسی ترتیب