Розроблено метод електронної мікроскопії, який може визначати магнітну поведінку в матеріалі в масштабі ангстремів — десятих часток нанометрів.
Дослідники з Університету Іллінойсу в Урбані-Шампейн розробили технологію для вивчення мікроскопічного магнетизму в рекордному масштабі. Відкриття дозволить глибше досліджувати антиферомагнетики і їх потенціал для створення більш швидких і компактних пристроїв магнітної пам’яті.
Мікроскопічний магнетизм традиційно вимірюють за допомогою скануючої, яка просвічує, електронної мікроскопії або STEM, в якій електронний промінь фокусується на матеріалі. Електричні взаємодії між променем і структурою матеріалу використовуються для отримання зображень окремих атомів в матеріалі, але промінь також взаємодіє з магнітною структурою матеріалу. Найкращі методи досі дозволяли досягти дозволу в кілька нанометрів.
Щоб домогтися більш високої роздільної здатності, дослідники використовували більш потужну чотиривимірну електронну мікроскопію. Стандартні методи STEM реєструють падіння інтенсивності променя в міру його взаємодії з матеріалом, але 4D-STEM фіксує повні двовимірні картини розсіювання, коли електронний промінь сканує поверхню матеріалу в двох напрямках. Ці дані дозволили дослідникам шукати більш складні сигнали атомного антиферомагнетизму в діаграмах повного променя.
Схема вивчення магнітних властивостей антиферомагнетика: промінь мікроскопа падає на зразок матеріалу, детектори збирають дані про «магнітний візерунок». Зображення: The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
Постійні магніти, які можна знайти всюди в холодильниках, існують тому, що складові їх атоми поводяться як мініатюрні магніти. Вони вирівнюються і об’єднуються, щоб сформувати більший магніт в явищі, званому феромагнетизмом. Є деякі матеріали — антиферомагнетики, в яких атомарні магніти замість цього утворюють візерунок, який чергується, тому матеріал не має чистої намагніченості.
Об’єднавши 4D-STEM з моделюванням магнітних полів в зразки арсеніду заліза, дослідники дозволили магнітний порядок до 6 ангстрем. Хоча це не усуває магнітні ефекти в масштабі окремих атомів, це дозволило їм дозволити антиферомагнітний патерн арсеніду заліза, який повторюється в осередках з 12 атомів.