Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé une technologie pour étudier
Le magnétisme microscopique est traditionnellement mesuré avecen utilisant la microscopie électronique à transmission à balayage, ou STEM, dans laquelle un faisceau d'électrons est focalisé sur un matériau. Les interactions électriques entre le faisceau et la structure du matériau sont utilisées pour imager les atomes individuels dans le matériau, mais le faisceau interagit également avec la structure magnétique du matériau. Les meilleures méthodes jusqu'à présent ont pu atteindre des résolutions de plusieurs nanomètres.
Pour une meilleure résolution,les chercheurs ont utilisé une microscopie électronique quadridimensionnelle plus puissante. Les méthodes STEM standard capturent la chute d'intensité d'un faisceau lorsqu'il interagit avec un matériau, mais 4D-STEM capture des modèles de diffusion 2D complets lorsque le faisceau d'électrons balaye la surface du matériau dans deux directions. Ces données ont permis aux chercheurs de rechercher des signaux plus complexes d'antiferromagnétisme atomique dans des modèles de faisceaux complets.
Schéma d'étude des propriétés magnétiquesantiferromagnétique : un faisceau de microscope tombe sur un échantillon de matériau, des détecteurs collectent des données sur le "motif magnétique". Image: Le Grainger College of Engineering de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
Les aimants permanents, que l'on retrouve partout dansles réfrigérateurs existent parce que leurs atomes constitutifs se comportent comme des aimants miniatures. Ils s’alignent et se combinent pour former un aimant plus grand dans un phénomène appelé ferromagnétisme. Il existe certains matériaux appelés antiferromagnétiques, dans lesquels les aimants atomiques forment un motif alterné, de sorte que le matériau n'a pas de magnétisation nette.
En combinant 4D-STEM avec la modélisation magnétiquechamps dans l'échantillon d'arséniure de fer, les chercheurs ont résolu l'ordre magnétique à 6 angströms. Bien que cela n'élimine pas les effets magnétiques à l'échelle des atomes individuels, cela leur a permis de résoudre le motif antiferromagnétique de l'arséniure de fer qui se répète dans les cellules de 12 atomes.
Notre travail a montré qu'il est possible de résoudreordre magnétique à petite échelle dans des expériences de microscopie électronique et dans des simulations à résolution quasi-atomique. Nous développons activement des méthodes qui s'appuieront sur ce résultat.
Pingshan Huang, professeur de science et génie des matériaux et responsable de la recherche
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