Et aktuelt kort til forbedring af kredsløbsdesign

En praktisk metode til at kortlægge strømmen af ​​en strøm i enheder med komplekse geometrier, der kunne bruges til at optimere kredsløbsdesign, er blevet udviklet hos KAUST.

Et traditionelt fysikeksperiment på gymnasiet er at placere jernspåner på et stykke papir over en permanent magnet. De små metalpartikler vil arrangere sig selv i en række linjer, der forbinder de to ender, eller pæle, af magneten. Dette gør eleverne i stand til at visualisere de ellers usynlige feltlinjer, der medierer magnetisk tiltrækning og frastødning.

At opnå denne samme type kort for strømmen af ​​en elektrisk strøm er særligt vigtigt i små elektroniske komponenter. Disse komponenter kan have mærkelige geometriske arrangementer, et resultat af behovet for, at hvert element i indretningen skal pakkes ind i et så lille rum som muligt. Det betyder, at strømmen ikke nødvendigvis flyder på en homogen måde.

Senfu Zhang og Xixiang Zhang, samarbejder med kolleger fra KAUST, Kina og USA, har nu udtænkt en metode til at visualisere størrelsen og retningen af ​​strømmen gennem en magnetisk tynd film.

Der er tidligere udviklet flere eksperimentelle metoder til at kortlægge strømtæthed i elektroniske materialer. Men disse gør det kun indirekte, måling af herreløse felter frem for selve strømmene. Desuden, de kan være meget dyre, eller kun arbejde ved meget lave temperaturer. Computersimuleringer tilbyder et billigere alternativ; imidlertid, de har en tendens til at forenkle faktiske enheder, ignorerer uensartetheder eller revner i materialet.

I stedet, Zhangs team kortlagde direkte den uensartede elektriske strømfordeling i lagdelt platin, kobolt og tantal ved hjælp af eksistensen af ​​såkaldte skyrmioner. Disse "magnetiske bobler" kan afbildes ved en teknik kendt som magneto-optisk Kerr-mikroskopi, som måler ændringer i intensiteten og polariseringen af ​​lys reflekteret fra en overflade som følge af magnetiske forstyrrelser.

Skyrmionerne fremstår som runde bobler i mikroskopbillederne. "Vi fandt ud af, at når vi førte en strøm gennem materialet, kun den forreste ende af boblerne bevægede sig fremad, danner smal, parallelle strimmeldomæner, " forklarer Senfu Zhang. Forskerne viste, at det var nemt at udtrække strømstrømmen fra vækstretningen af ​​disse mønstre.

"Denne tilgang er ikke egnet til brug i en egentlig enhed, fordi den kræver aflejring af Pt/Co/Ta på enheden, men det er nyttigt i designfasen, " siger Zhang. "At kende retningen og størrelsen af ​​den elektriske strøm i hver del af enheden hjælper med at forbedre designet og ydeevnen."