Naukowcy z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign opracowali technologię umożliwiającą badania
Magnetyzm mikroskopowy tradycyjnie mierzy się za pomocąza pomocą skaningowej transmisyjnej mikroskopii elektronowej (STEM), w której wiązka elektronów skupia się na materiale. Oddziaływania elektryczne pomiędzy wiązką a strukturą materiału służą do obrazowania poszczególnych atomów w materiale, ale wiązka oddziałuje również ze strukturą magnetyczną materiału. Najlepszymi dotychczas metodami udało się osiągnąć rozdzielczości rzędu kilku nanometrów.
Aby uzyskać wyższą rozdzielczość,badacze wykorzystali potężniejszą czterowymiarową mikroskopię elektronową. Standardowe metody STEM wychwytują spadek intensywności wiązki podczas jej interakcji z materiałem, ale 4D-STEM rejestruje pełne wzory rozpraszania 2D, gdy wiązka elektronów skanuje powierzchnię materiału w dwóch kierunkach. Dane te umożliwiły naukowcom poszukiwanie bardziej złożonych sygnałów atomowego antyferromagnetyzmu w pełnych wzorach wiązek.
Schemat badania właściwości magnetycznychantyferromagnet: wiązka mikroskopu pada na próbkę materiału, detektory zbierają dane o „wzorze magnetycznym”. Zdjęcie: Grainger College of Engineering na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign
Magnesy trwałe, które można znaleźć wszędzielodówki istnieją, ponieważ atomy, z których się składają, zachowują się jak miniaturowe magnesy. Wyrównują się i łączą, tworząc większy magnes w zjawisku zwanym ferromagnetyzmem. Istnieją pewne materiały zwane antyferromagnetykami, w których magnesy atomowe tworzą naprzemienny wzór, więc materiał nie wykazuje namagnesowania netto.
Łącząc 4D-STEM z modelowaniem magnetycznympól w próbce arsenku żelaza badacze ustalili porządek magnetyczny na 6 angstremów. Chociaż nie eliminuje to efektów magnetycznych w skali pojedynczych atomów, pozwoliło im rozwiązać wzór antyferromagnetyczny arsenku żelaza, który powtarza się w komórkach zawierających 12 atomów.
Nasza praca pokazała, że da się to rozwiązaćporządek magnetyczny na małą skalę w eksperymentach z mikroskopią elektronową i w symulacjach z rozdzielczością niemal atomową. Aktywnie opracowujemy metody, które będą opierać się na tych wynikach.
Pingshan Huang, profesor nauk o materiałach i inżynierii oraz kierownik działu badań
Czytaj więcej:
Naukowcy zbadali ultrajasny obiekt, który narusza prawa fizyki
„Morze” kwarków wewnątrz jednego protonu: z czego składa się cząstka elementarna
Spójrz na mapę Marsa w najwyższej rozdzielczości: 110 000 klatek i 5,7 biliona pikseli