Magnetismia kolmiulotteisesti

Nanoresoluutioinen kolmiulotteinen tilannekuva magneettisten momenttien aaltoilevista ja pyörteisistä suuntauksista.

Tutkijat ovat kehittäneet kolmiulotteisen kuvantamistekniikan tarkkailla magneettisuuden monimutkaista käyttäytymistä nanomitoissa.

Tutkijaryhmä, joka muodostui Cambridgen ja Glasgow'n yliopistoista Isossa-Britanniassa sekä ETH Zürichistä ja Paul Scherrer Instituutista Sveitsistä, tarkkailivat ensimmäistä kertaa miten magnetointi ilmenee kolmessa ulottuvuudessa.

"Tähän asti ei ole ollut mahdollista mitata sitä, kuinka magneetit reagoivat muuttuviin magneettikenttiin kolmiulotteisesti", sanoi tri Claire Donnelly Cambridgen Cavendish-laboratoriosta ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. "Olemme kyenneet havaitsemaan tällaista käytöstä vain ohutkalvoissa, jotka ovat pääosin kaksiulotteisia ja jotka siksi eivät anna meille kokonaiskuvaa."

"Ei ole vain tärkeää tietää, mitä malleja ja rakenteita magnetointi muodostaa, vaan on myös ymmärtää, kuinka se reagoi ulkoisiin ärsykkeisiin", Donnelly sanoi. "Nämä vastaukset ovat mielenkiintoisia perustavanlaatuisesta näkökulmasta, mutta ne ovat ratkaisevan tärkeitä tekniikassa ja sovelluksissa käytettävien magneettisten laitteiden suhteen."

Yksi suurimmista haasteista näiden reaktioiden tutkimisessa liittyy siihen perussyyhyn, että magneettimateriaalit ovat niin merkityksellisiä niin monissa sovelluksissa: muutokset magnetoinnissa ovat yleensä erittäin pieniä ja tapahtuvat erittäin nopeasti. Magneettisissa kokoonpanoissa - ns. aluerakenteissa - on ominaisuuksia, jotka ovat suuruusluokkaa kymmeniä - satoja nanometriä ja reagoivat tyypillisesti magneettikenttiin ja virtauksiin sekunnin miljardisosa sekunnissa.

Työhön liittyen Paul Scherrer Instituutin (PSI) tutkijat ovat ensimmäistä kertaa myös kuvanneet "kolmiulotteisen elokuvan" magneettista prosessista nanometrimittakaavassa. Kuvaukset saatiin aikaan menetelmällä, joka kehitettiin hiljattain Sveitsin Swiss Light Source SLS:ssä. Nanoresoluution tasolla elokuva paljastaa dynamiikan moninaisuutta materiaalin sisällä, mukaan lukien pyörivien rajojen liikkumisen eri magneettisen alueen välillä.

Kun magneettisuudessa lähestytään nanometrialuetta, fyysikot löytävät silti magneeteista ja niiden käyttäytymisestä hämmentäviä ilmiöitä. Samalla tällä pienellä mittakaavalla esiintyvät vaikutukset ovat erittäin tärkeitä tulevaisuuden tekniikoille.

Tulokset voisivat auttaa tekemään esimerkiksi magneettisista datantallennuslaitteista kompaktimpia ja tehokkaampia.

Aiheesta aiemmin: Nanotason magnetismin näkymiä