Магнетизм под увеличительным стеклом

Возможность определить магнитные свойства материалов с субнанометровой точностью значительно упростит разработку магнитных наноструктур для будущих спинтронных устройств. В статье, опубликованной в Nature Communications, физики из Упсалы сделали большой шаг к достижению этой цели – они предложили и продемонстрировали новый метод измерения, способный обнаруживать магнетизм в областях порядка 0,5 кв. нм.

Из-за постоянно растущего спроса на более мощные электронные устройства следующего поколения спинтронные компоненты должны иметь функциональные блоки, размер которых не превосходит нескольких нанометров. Новое устройство спинтроники построить легче, если мы сможем увидеть его достаточно детально. Это становится все более и более сложным с быстрыми успехами нанотехнологий, особенно, когда нужна не только общая картина "как вещь выглядит", но и знание ее физических свойств на нанометровой шкале. Одним из инструментов, способных дать такую детальную картину, является просвечивающий электронный микроскоп.

Электронный микроскоп является уникальным экспериментальным прибором. предоставляющим ученым и инженерам огромное количество информации о всех видах материалов. В отличие от оптических микроскопов, он использует электроны для изучения материалов, и благодаря этому достигается огромное увеличение. Например, в кристаллах можно даже наблюдать отдельные столбики атомов. Электронные микроскопы обычно предоставляют информацию о структуре, составе и химии материалов. Недавно исследователи нашли способы использования электронных микроскопов также для измерения магнитных свойств. Однако атомное разрешение здесь не было достигнуто до сих пор.

Команда из трех физиков из Университета Упсалы – Яна Ружа (Ján Rusz), Якоба Шпигельберга (Jakob Spiegelberg) и Петера Оппенеера (Peter Oppeneer) вместе с коллегами из Университета Нагоя (Япония) и Forschungszentrum, Юлих (Германия, разработала и экспериментально доказала новый метод, который позволяет обнаруживать магнетизм отдельных атомных плоскостей. Площадь образца, на котором был обнаружен магнитный сигнал, в триллион раз меньше, чем у средней песчинки.

«Открытие этого метода пришло из неожиданного результата, полученного при компьютерном моделировании. Это был сюрприз, который заставил нас копать глубже. Благодаря международному сотрудничеству наше любопытное теоретическое наблюдение состоялось, а вскоре нашло и экспериментальное подтверждение», - сказал Ян Руж.

Существенным преимуществом этого нового метода является простота его применения. Современный просвечивающий электронный микроскоп можно использовать сразу же, без необходимости модификации или специального оборудования.

Электронный микроскоп обеспечивает детальную картину кристаллов, визуализируя атомные столбики или плоскости. В магните каждый из атомов несет магнитный момент, обозначаемый на этой иллюстрации стрелками. Недавно сообщалось, что эксперимент способен обнаружить такие упорядоченные магнитные моменты почти на атомной шкале