Автор AZoNano 10 марта 2021 г.

]

Получение точного понимания магнитных структур является одной из основных целей физики твердого тела. В настоящее время в этой области проводятся серьезные исследования с целью разработки будущих приложений для обработки данных, в которых в качестве носителей информации используются крошечные магнитные структуры.

Физики из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) и Института Гельмгольца в Майнце (HIM) недавно представили новый метод исследования магнитных структур, сочетающий в себе два разных метода.

Это позволяет измерять и отображать намагниченность, а также магнитные поля образца. В проекте участвовали физики-атомщики из рабочей группы под руководством профессора Дмитрия Будкера и группы экспериментальных физиков твердого тела под руководством профессора Матиаса Кляуи. Результаты были опубликованы в " Physical Review Applied ".

«В этом проекте мы объединили два метода квантового зондирования, которые никогда ранее не использовались вместе для анализа образца», объяснил Тилль Ленц, первый автор статьи и докторант в группе Будкера. Один хорошо известный метод, используемый в физике твердого тела, использует магнитооптический эффект Керра (MOKE) для обнаружения магнитных полей и намагниченности

.

«Но это дает нам лишь ограниченный объем информации», – сказал Ленц. По этой причине исследователи решили объединить эффект Керра с методами магнитометрии, в которых используются так называемые центры окраски алмаза, чтобы также можно было картировать магнитные поля.

«Мы надеемся, что это приведет к новым открытиям, когда дело доходит до физики твердого тела и ферромагнитных структур», – заявил Георгиос Хатзидросос, также докторант в группе Будкера. Профессор Матиас Клауи восхищен новыми возможностями измерения: «Использование алмазных зондов обеспечивает чувствительность, которая открывает совершенно новые возможности в отношении измерительных потенциалов».

Новые комбинированные методы измерения могут использоваться в широком диапазоне различных условий окружающей среды

Алмаз – не только драгоценный камень, но также используется для изготовления режущих и шлифовальных инструментов. Специфические дефекты в кристаллической решетке алмаза приводят к свойствам, которые можно использовать для исследования магнитных структур.

Эти центры окраски, также известные как центры азотных вакансий, являются точечными дефектами в структуре углеродной решетки алмаза. Исследовательская группа под руководством профессора Дмитрия Будкера использует эти центры окраски в алмазе в качестве датчиков для измерения магнитных явлений.

Алмазные магнитометры могут работать при очень низких температурах, а также при температурах выше комнатной, в то время как расстояния, необходимые между образцом и зондом, могут быть минимальными, в диапазоне всего нескольких нанометров. «У нас есть тонкий слой дефектов азота в кристалле алмаза, и с его помощью мы можем картировать магнитные структуры и делать фотографии магнитных полей», объяснил д-р Арне Викенброк из группы Будкера. Соавтор, доктор Ликургос Бугас, добавил: «Отображая все компоненты магнитного поля, мы можем дополнить и расширить возможности, предлагаемые магнитооптическими измерениями».

Поддержка высшего уровня исследований динамики и топологии JGU (TopDyn)

«Зонд, который функционирует с помощью центров окраски алмаза, намного более чувствителен, чем обычные инструменты, и дает нам чрезвычайно хорошие результаты. Мы можем получить доступ к некоторым интересным образцам, что дает уникальные возможности для сотрудничества, " подчеркнул профессор Матиас Клауи, описывая преимущества сотрудничества между двумя исследовательскими группами.

«Объединение наших дополнительных методов измерения позволяет полностью реконструировать магнитные свойства наших образцов». Недавно опубликованная статья является результатом совместной работы в рамках области исследований верхнего уровня по динамике и топологии (TopDyn) в JGU, который финансируется землей Рейнланд-Пфальц.

Кроме того, работа проводилась в рамках проекта 3D MAGiC, который был запущен в сотрудничестве с Forschungszentrum Jülich и Университетом Радбауд в Неймегене в Нидерландах и получил грант ERC Synergy Grant.

Процитируем статью, опубликованную в « Physical Review Applied »: «Наша концепция представляет собой новую платформу для построения изображений намагниченности и результирующих магнитных полей магнитных структур в широком поле с использованием специально разработанного алмазного магнитного поля. датчики и оптическая установка, которая позволяет использовать оба режима измерения. "

В дополнение к двум рабочим группам JGU и HIM, также был задействован профессор Янник Дюмейдж из Реннского университета 1 во Франции, который, как лауреат исследовательской премии Фридриха Вильгельма Бесселя Фонда Александра фон Гумбольдта в 2018 году, также работал с группа Будкера. Профессор Кай-Мей Фу, физик из Вашингтонского университета, также участвовал в этом проекте в качестве почетного гостя HIM.

Заглядывая в будущее, партнеры по сотрудничеству планируют использовать новую технику для анализа различных междисциплинарных аспектов, представляющих особый интерес для соответствующих групп. К ним относятся исследования двумерных магнитных материалов, магнитных эффектов молекулярной хиральности и высокотемпературной сверхпроводимости.

Источник: https://www.uni-mainz.de/eng/