«Это новый подход к измерению магнетизма в атомном масштабе», – сказал Хуан Карлос Идробо из ORNL. «Мы сможем изучать материалы по-новому. Например, жесткие диски состоят из магнитных доменов, и эти магнитные домены находятся на расстоянии около 10 нанометров друг от друга.«Один нанометр составляет миллиардную долю метра, и исследователи планируют усовершенствовать свою технику для сбора магнитных сигналов от отдельных атомов, которые в десять раз меньше нанометра.
«Если мы сможем понять взаимодействие этих доменов с атомарным разрешением, возможно, в будущем мы сможем уменьшить размер магнитных жестких дисков», – сказал Идробо. "Мы не узнаем, не глядя на него."
Исследователи традиционно использовали сканирующие просвечивающие электронные микроскопы для определения расположения атомов в материалах.
Этот новый метод позволяет ученым собирать больше информации о том, как ведут себя атомы.
«Магнетизм берет свое начало в атомном масштабе, но методы, которые мы используем для его измерения, обычно имеют пространственное разрешение, намного превышающее один атом», – сказал Идробо. «С помощью электронного микроскопа вы можете сделать электронный зонд как можно меньше, и если вы знаете, как управлять зондом, вы можете получить магнитную сигнатуру."
Команда ORNL-Uppsala разработала эту технику, переосмыслив краеугольный камень электронной микроскопии, известный как коррекция аберраций. Исследователи потратили десятилетия на устранение различных видов аберраций, которые представляют собой искажения, возникающие в электронно-оптическом объективе и размывающие получаемые изображения.
Вместо того, чтобы полностью устранить аберрации в электронном микроскопе, исследователи специально добавили тип аберрации, называемый четырехкратным астигматизмом, для сбора магнитных сигналов атомного уровня от материала оксида лантана, марганца и мышьяка. Экспериментальное исследование подтверждает теоретические прогнозы команды, представленные в исследовании Physical Review Letters 2014 года.
«Это первый случай, когда кто-то использовал аберрации для обнаружения магнитного порядка в материалах в электронной микроскопии», – сказал Идробо. «Коррекция аберраций позволяет сделать электронный зонд достаточно маленьким, чтобы проводить измерения, но в то же время нам нужно было ввести определенную аберрацию, которая противоположна тому, что обычно делают люди."
Идробо добавляет, что новые методы электронной микроскопии могут дополнять существующие методы, такие как рентгеновская спектроскопия и рассеяние нейтронов, которые являются золотым стандартом в изучении магнетизма, но имеют ограниченное пространственное разрешение.