'รูปแบบแม่เหล็ก' แสดงภาพอะตอมหลายตัวในระดับบันทึก

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์บานา-แชมเปญจน์ได้พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการศึกษา

แม่เหล็กขนาดเล็กในระดับบันทึก การค้นพบนี้จะช่วยให้สามารถวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับแอนติเฟอร์โรแมกเนติกส์และศักยภาพในการสร้างอุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็กที่เร็วและกะทัดรัดยิ่งขึ้น

การวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิมนั้นวัดด้วยโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราด หรือ STEM ซึ่งลำแสงอิเล็กตรอนจะโฟกัสไปที่วัสดุ อันตรกิริยาทางไฟฟ้าระหว่างลำแสงและโครงสร้างของวัสดุถูกใช้เพื่อสร้างภาพอะตอมแต่ละตัวในวัสดุ แต่ลำแสงยังมีปฏิกิริยากับโครงสร้างแม่เหล็กของวัสดุด้วย วิธีการที่ดีที่สุดในปัจจุบันสามารถบรรลุความละเอียดหลายนาโนเมตรได้

เพื่อความละเอียดสูงขึ้นนักวิจัยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนสี่มิติที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น วิธีการ STEM มาตรฐานจับการลดลงของความเข้มของลำแสงขณะที่มันกระทบกับวัสดุ แต่ 4D-STEM จับรูปแบบการกระเจิงแบบ 2 มิติเต็มรูปแบบเมื่อลำแสงอิเล็กตรอนสแกนพื้นผิวของวัสดุในสองทิศทาง ข้อมูลนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถค้นหาสัญญาณที่ซับซ้อนมากขึ้นของการต่อต้านแม่เหล็กไฟฟ้าของอะตอมในรูปแบบลำแสงเต็ม

แบบแผนการศึกษาคุณสมบัติของแม่เหล็กantiferromagnet: ลำแสงของกล้องจุลทรรศน์ตกลงบนตัวอย่างวัสดุ เครื่องตรวจจับรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับ "รูปแบบแม่เหล็ก" ภาพ: วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ Grainger แห่งมหาวิทยาลัย Illinois Urbana-Champaign

แม่เหล็กถาวรซึ่งสามารถพบได้ทุกที่ในตู้เย็นมีอยู่เพราะอะตอมที่เป็นส่วนประกอบมีพฤติกรรมเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก พวกมันจัดตำแหน่งและรวมกันเพื่อสร้างแม่เหล็กที่มีขนาดใหญ่ขึ้นในปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเฟอร์ริกติซึม มีวัสดุบางชนิดที่เรียกว่าแอนติเฟอร์โรแม่เหล็ก ซึ่งแม่เหล็กอะตอมจะสร้างรูปแบบสลับกัน ดังนั้นวัสดุจึงไม่มีการดึงดูดสุทธิของแม่เหล็ก

ด้วยการรวม 4D-STEM เข้ากับการสร้างแบบจำลองแม่เหล็กฟิลด์ในตัวอย่างเหล็กอาร์เซไนด์ นักวิจัยแก้ไขลำดับแม่เหล็กเป็น 6 อังสตรอม แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่กำจัดผลกระทบทางแม่เหล็กในระดับอะตอมแต่ละอะตอม แต่ก็ช่วยให้สามารถแก้ไขรูปแบบต้านแม่เหล็กไฟฟ้าของอาร์เซไนด์ที่เป็นเหล็กซึ่งทำซ้ำตัวเองในเซลล์ 12 อะตอม

งานของเราแสดงให้เห็นว่าสามารถแก้ไขได้ลำดับแม่เหล็กขนาดเล็กในการทดลองด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและการจำลองความละเอียดใกล้ระดับอะตอม เรากำลังพัฒนาวิธีการที่จะสร้างผลลัพธ์นี้อย่างจริงจัง

Pingshan Huang ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมและหัวหน้าฝ่ายวิจัย

อ่านเพิ่มเติม:

นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวัตถุที่มีความสว่างมากซึ่งละเมิดกฎของฟิสิกส์

"ทะเล" ของควาร์กในหนึ่งโปรตอน: อนุภาคมูลฐานประกอบด้วยอะไร

ดูแผนที่ความละเอียดสูงสุดของดาวอังคาร: 110,000 เฟรมและ 5.7 ล้านล้านพิกเซล