Bij KAUST is een praktische methode ontwikkeld om de stroom van een stroom in apparaten met complexe geometrieën in kaart te brengen die kunnen worden gebruikt om het circuitontwerp te optimaliseren.

Een traditioneel natuurkunde-experiment op de middelbare school is om ijzervijlsel op een stuk papier boven een permanente magneet te plaatsen. De kleine metaaldeeltjes zullen zich rangschikken in een reeks lijnen die de twee uiteinden verbinden, of palen, van de magneet. Hierdoor kunnen studenten de anders onzichtbare veldlijnen visualiseren die magnetische aantrekking en afstoting bemiddelen.

Het verkrijgen van ditzelfde type kaart voor de stroom van een elektrische stroom is vooral belangrijk in kleine elektronische componenten. Deze componenten kunnen vreemde geometrische opstellingen hebben, een resultaat van de noodzaak dat elk element van de inrichting in een zo klein mogelijke ruimte wordt verpakt. Dit betekent dat de stroom niet noodzakelijkerwijs op een homogene manier vloeit.

Senfu Zhang en Xixiang Zhang, samenwerken met collega's van KAUST, China en de Verenigde Staten, hebben nu een methode bedacht om de grootte en richting van de stroom door een magnetische dunne film te visualiseren.

Er zijn eerder verschillende experimentele methoden ontwikkeld om de stroomdichtheid in elektronische materialen in kaart te brengen. Maar deze doen dat slechts indirect, het meten van zwerfvelden in plaats van de stromen zelf. Verder, ze kunnen erg duur zijn, of werk alleen bij zeer lage temperaturen. Computersimulaties bieden een goedkoper alternatief; echter, ze hebben de neiging om de werkelijke apparaten te simplificeren, het negeren van ongelijkmatigheden of scheuren in het materiaal.

In plaats daarvan, Het team van Zhang bracht de niet-uniforme elektrische stroomverdeling direct in kaart in gelaagd platina, kobalt en tantaal gebruikmakend van het bestaan ​​van zogenaamde skyrmionen. Deze "magnetische bellen" kunnen worden afgebeeld met een techniek die bekend staat als magneto-optische Kerr-microscopie, die veranderingen meet in de intensiteit en polarisatie van licht dat wordt gereflecteerd door een oppervlak als gevolg van magnetische storingen.

De skyrmionen verschijnen als ronde bellen in de microscoopbeelden. "We ontdekten dat wanneer we een stroom door het materiaal voerden, alleen de voorkant van de bubbels bewoog naar voren, smal vormend, parallelle strookdomeinen, ", legt Senfu Zhang uit. De onderzoekers toonden aan dat het eenvoudig was om de stroomstroom uit de groeirichting van deze patronen te extraheren.

"Deze benadering is niet geschikt voor gebruik in een echt apparaat omdat het de afzetting van Pt/Co/Ta op het apparaat vereist, maar het is nuttig in de ontwerpfase, ", zegt Zhang. "Het kennen van de richting en grootte van de elektrische stroom in elk deel van het apparaat helpt het ontwerp en de prestaties te verbeteren."