Диэнай
Pulsing
В Институте Пола Шеррера (PSI) ученые впервые успешно сняли короткую «3D-пленку» магнитных процессов на нанометровом уровне.
Прорыв демонстрирует широкий диапазон динамики внутри материала, такой как движение закрученных границ, которые существуют между различными магнитными доменами. Это новое понимание было достигнуто с помощью недавно разработанной методики в Swiss Light Source (SLS). Такой подход может помочь сделать магнитные устройства хранения данных более эффективными и компактными.
Ученые недавно опубликовали результаты своих исследований в журнале Nature Nanotechnology .
Вряд ли удивительно видеть магнитную наклейку, которая остается прикрепленной к двери холодильника. Но когда дело доходит до нанометрового масштаба (где 1 нм соответствует одной миллионной миллиметра), магниты и их поведение довольно озадачивают физиков.
Между тем, воздействия, которые происходят в этом крошечном масштабе, очень применимы к будущим технологиям. Теперь ученые PSI впервые записали краткую «пленку» трехмерной (3D) магнитной структуры в материале с наноразмерным разрешением.
Магнетизм во многих отношениях играет важную роль в нашей повседневной жизни; но на этом очень маленьком фундаментальном уровне явления еще не до конца изучены .
Клэр Доннелли, ведущий исследователь, Кембриджский университет
Доннелли был исследователем в PSI, когда проводился эксперимент, и в настоящее время работает в Кембриджском университете в Великобритании.
Ученые использовали рентгеновский свет от SLS в PSI, а также использовали уникальную томографическую технику, которую они недавно разработали в институте, и назвали «разрешенной во времени пихографической ламинографией».
В группу исследователей входили ученые из ETH Zurich, PSI, а также из Соединенного Королевства. Образец, оцененный группой, содержал соединение гадолиния-кобальта, которое было сформировано в сферический диск.
Более четырех дней для семи изображений
С помощью нашего метода мы можем неразрушающе сканировать материал и по данным реконструировать несколько последовательных трехмерных изображений внутренней магнитной структуры. Мы можем визуализировать ориентацию магнитного момента в каждой измеренной точке материала и представлять их как крошечные магнитные иглы компаса .
Мануэль Гизар-Сикайрос, научный сотрудник Института Пола Шеррера
Эти иглы компаса реагируют на внешнее магнитное поле и друг на друга, подобно реакции магнитных опилок, и создают сложные узоры по всему объекту. Эти модели включают в себя так называемые домены или области, где намагниченность в основном указывает в одном направлении.
Изменения, которые происходят между двумя такими доменами, то есть доменными стенками, представляют особый интерес для ученых: « Люди предложили использовать их в качестве битов памяти, которые могли бы быть использованы для упаковки данных даже более тесно, чем при использовании доменов », – добавил Доннелли.
С помощью передовых методов визуализации, особенности этих доменных стенок только недавно были просмотрены в 3D в PSI, а также в других местах. В текущем анализе ученые продвинулись на один шаг вперед, составив карту движения доменов, а также границ доменов.
« Мы сделали семь снимков, показывающих моменты времени, которые находятся на расстоянии лишь четверти миллиардной доли секунды. В них мы видим, как граница домена перемещается взад и вперед », – добавил Доннелли. Исследователям потребовалось чуть более четырех дней для непрерывного измерения, чтобы собрать данные, которые впоследствии создали эту серию из семи изображений.
Как стробоскопический свет
С помощью приложенного извне магнитного поля ученые сами индуцировали визуальное движение границы домена специально и многократно. Следовательно, изображения исследователей не были точно получены в течение четверти миллиардной доли секунды.
Вместо этого команда создала временную петлю переменного магнитного поля и захватила изображения в разные моменты времени внутри него, точно так же, как стробоскопический свет, который, по-видимому, замедляет повторяющееся движение.
Следовательно, запись трехмерных изображений из образца основывается на фундаментальном принципе компьютерной томографии (КТ). Точно так же, как медицинские КТ, рентгеновские лучи использовались для последовательного получения нескольких рентгеновских изображений образца, каждое под несколько другим углом.
На основании полученных данных ученые успешно восстановили свои трехмерные карты намагничивания, используя программное обеспечение, которое они создали именно для этой цели.
С помощью этого метода мы не только добились трехмерных фильмов с разрешением по времени внутри объекта. Мы также смогли отобразить динамику наноразмеров в магните. Другими словами, мы показали, что наша новая техника действительно имеет отношение к развитию новой технологии .
Клэр Доннелли, ведущий исследователь, Кембриджский университет
« Наш новый метод также подходит для других материалов и поэтому может иметь много других полезных применений в будущем », – заключил Гизар-Сикайрос.
Источник: https://www.psi.ch/