Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat teknik för att studera
Mikroskopisk magnetism mäts traditionellt medgenom att använda sveptransmissionselektronmikroskopi, eller STEM, där en elektronstråle fokuseras på ett material. De elektriska interaktionerna mellan strålen och materialets struktur används för att avbilda enskilda atomer i materialet, men strålen samverkar också med materialets magnetiska struktur. De bästa metoderna hittills har kunnat uppnå upplösningar på flera nanometer.
För högre upplösning,forskarna använde kraftfullare fyrdimensionell elektronmikroskopi. Standard STEM-metoder fångar fallet i intensitet hos en stråle när den interagerar med ett material, men 4D-STEM fångar hela 2D-spridningsmönster när elektronstrålen skannar materialets yta i två riktningar. Dessa data gjorde det möjligt för forskare att leta efter mer komplexa signaler av atomär antiferromagnetism i fullstrålemönster.
Schema för att studera magnetiska egenskaperantiferromagnet: en mikroskopstråle faller på ett materialprov, detektorer samlar in data om det "magnetiska mönstret". Bild: Grainger College of Engineering vid University of Illinois Urbana-Champaign
Permanenta magneter, som finns överallt ikylskåp existerar eftersom deras beståndsdelar atomer beter sig som miniatyrmagneter. De anpassar sig och kombineras för att bilda en större magnet i ett fenomen som kallas ferromagnetism. Det finns några material som kallas antiferromagneter, där atommagneterna istället bildar ett alternerande mönster, så materialet har ingen nettomagnetisering.
Genom att kombinera 4D-STEM med magnetisk modelleringfält i järnarsenidprovet, löste forskarna den magnetiska ordningen till 6 ångström. Även om detta inte eliminerar magnetiska effekter på skalan av enskilda atomer, tillät det dem att lösa det antiferromagnetiska mönstret av järnarsenid som upprepar sig i celler med 12 atomer.
Vårt arbete har visat att det går att lösasmåskalig magnetisk ordning i elektronmikroskopiexperiment och i nära-atomära upplösningssimuleringar. Vi utvecklar aktivt metoder som bygger vidare på detta resultat.
Pingshan Huang, professor i materialvetenskap och teknik och forskningschef
Läs mer:
Forskare har studerat ett ultraljust föremål som bryter mot fysikens lag
"Hav" av kvarkar inuti en proton: vad består en elementarpartikel av
Titta på kartan över Mars med högsta upplösning: 110 000 bildrutor och 5,7 biljoner pixlar