Forscher der University of Illinois in Urbana-Champaign haben eine Technologie zum Studieren entwickelt
Mikroskopischer Magnetismus wird traditionell mit gemessenunter Verwendung von Rastertransmissionselektronenmikroskopie oder STEM, bei der ein Elektronenstrahl auf ein Material fokussiert wird. Die elektrischen Wechselwirkungen zwischen dem Strahl und der Struktur des Materials werden genutzt, um einzelne Atome im Material abzubilden, aber der Strahl interagiert auch mit der magnetischen Struktur des Materials. Die besten Methoden konnten bisher Auflösungen von mehreren Nanometern erreichen.
Für eine höhere AuflösungDie Forscher verwendeten eine leistungsfähigere vierdimensionale Elektronenmikroskopie. Standard-STEM-Methoden erfassen den Intensitätsabfall eines Strahls, wenn er mit einem Material interagiert, aber 4D-STEM erfasst vollständige 2D-Streumuster, wenn der Elektronenstrahl die Oberfläche des Materials in zwei Richtungen abtastet. Diese Daten ermöglichten es den Forschern, in Vollstrahlmustern nach komplexeren Signalen des atomaren Antiferromagnetismus zu suchen.
Schema zur Untersuchung magnetischer EigenschaftenAntiferromagnet: Ein Mikroskopstrahl fällt auf eine Materialprobe, Detektoren sammeln Daten über das "magnetische Muster". Bild: Das Grainger College of Engineering an der University of Illinois Urbana-Champaign
Permanentmagnete, die überall zu finden sindKühlschränke existieren, weil sich ihre Atome wie Miniaturmagnete verhalten. Sie richten sich aus und verbinden sich zu einem größeren Magneten in einem Phänomen namens Ferromagnetismus. Es gibt einige Materialien, die Antiferromagnete genannt werden, bei denen die Atommagnete stattdessen ein alternierendes Muster bilden, sodass das Material keine Nettomagnetisierung aufweist.
Durch die Kombination von 4D-STEM mit magnetischer ModellierungFelder in der Eisenarsenidprobe lösten die Forscher die magnetische Ordnung auf 6 Angström auf. Dies eliminiert zwar magnetische Effekte auf der Ebene einzelner Atome nicht, ermöglichte es ihnen jedoch, das antiferromagnetische Muster von Eisenarsenid aufzulösen, das sich in Zellen mit 12 Atomen wiederholt.
Unsere Arbeit hat gezeigt, dass eine Lösung möglich istkleine magnetische Ordnung in Elektronenmikroskopie-Experimenten und in Simulationen mit nahezu atomarer Auflösung. Wir entwickeln aktiv Methoden, die auf diesem Ergebnis aufbauen.
Pingshan Huang, Professor für Materialwissenschaft und -technik und Forschungsleiter
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