Международная команда ученых создала новый метод трехмерной визуализации, который может впервые продемонстрировать быстро движущиеся волны и «торнадо» внутри магнитов в 3D.

Это важный шаг вперед в области технологий, поскольку он позволит ученым лучше понять и контролировать поведение магнитов новых пород, которые будут использоваться для устройств хранения и обработки данных будущего.

Разработка новой техники визуализации

Исследователи из университетов Кембриджа и Глазго, базирующихся в Великобритании, и из ETH Zurich и Института Пола Шеррера в Швейцарии объединились, чтобы разработать новую технику для наблюдения за поведением магнетизма в трех измерениях. В этом месяце команда опубликовала свою работу в журнале Nature Nanotechnology, где они описывают, как они использовали свою инновационную технику для визуализации быстрых волн и «торнадо», индуцируемых в магнитных полях, которые измеряют меньше диаметра человеческого волоса.

Переход от двухмерного к трехмерному

Магниты являются фундаментальными компонентами в ряде современных технологических устройств, они необходимы в приложениях от хранения данных до производства энергии. Однако, хотя они являются невероятно важными единицами современных устройств и разрабатываются для будущего, остается много вопросов о структуре их намагниченности и о том, как она взаимодействует с изменяющимися токами и магнитными полями.

Британо-швейцарская команда признала необходимость разработки метода, способного измерять характер магнитных реакций в трех измерениях. Ранее такое поведение наблюдалось только в тонких пленках, предоставляя только двумерную информацию. Однако, хотя процесс визуализации магнитного поведения в двух измерениях относительно прост, он становится значительно более сложным в трех измерениях. В третьем измерении намагниченность может направлять и создавать узоры в любой ориентации, что дает магнитам их силу.

Несмотря на то, что их было сложно изобразить, ученые признали преимущества разработки метода для полного обзора моделей и структур, созданных намагниченностью. Это позволило бы им понять, как они реагируют на внешние раздражители, знания, которые необходимы для разработки современных магнитных устройств.

Преодоление трудностей визуализации намагниченности

Поскольку изменения в намагниченности, как правило, очень малы и происходят в чрезвычайно короткие промежутки времени, их, как известно, трудно уловить. Доменные структуры магнитной меры от десятков до сотен нанометров, что в перспективе, в тысячи раз меньше ширины волоса. Эти магнитные конфигурации имеют тенденцию реагировать на магнитные поля в миллиардных долях секунды.

Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа разработала свою методику, известную как магнитная ламография с временным разрешением, с использованием синхротронного рентгеновского излучения, чтобы исследовать магнитное состояние внутри магнита в различных направлениях на наноуровне и определить, как оно реагирует на быстро меняющееся магнитное поле. .

Их метод позволяет получать данные в семи измерениях с помощью специально разработанного алгоритма реконструкции, создавая карту динамики намагниченности. Данные, собранные в ходе исследования, выявили закономерности, которые выглядели как наноразмерная буря. Команда визуализировала волновые структуры и торнадо, движущиеся внутри магнита, перемещаясь из стороны в сторону в ответ на переменное магнитное поле. Это был первый раз, когда эти торнадо наблюдались в трех измерениях.

Хотя в исследовании использовались обычные магниты, исследователи полагают, что их техника будет иметь жизненно важное значение в процессе разработки новых видов магнитов с различными магнитными характеристиками, которые будут использоваться в устройствах следующего поколения. Исследователи предполагают использование этой технологии при разработке наномагнитов с трехмерной печатью и новых высокоэффективных устройств хранения и обработки данных. Кроме того, считается, что с помощью этой техники могут стать возможными другие новые приложения, о которых в настоящее время даже не думали.