Магнитные домены теперь можно увидеть в 3D

Магнитные домены, существующие во многих материалах, до настоящего времени увидеть было нельзя. Однако теперь учеными разработан метод, позволяющий получить изображение полной пространственной структуры магнитных доменов, даже если они находятся внутри материала.

До недавнего времени можно было получить только двумерное изображение магнитных доменов. Ученые из берлинского Центра Гельмгольца впервые разработали метод получения трехмерных изображений этих доменов, которые могут располагаться даже внутри материала.

Как известно, в магнитном материале образуются микроскопические области, имеющие определенный вектор намагниченности, называемые также доменами Вейса, по имени французского физика Пьера-Эрнеста Вейса (Pierre-Ernest Weiss), который теоретически предсказал их существование более 100 лет назад. В 1907 г. он понял, что магнитные моменты атомов внутри ограниченного домена имеют одинаковое направление.

До сих пор все исследования в этой области ограничивались двумерными изображениями на поверхности материала. Теперь исследователи способны увидеть домены в поперечном сечении. Чтобы добиться этого, в Институте твердого тела и исследования материалов им. Лейбница в Дрездене был изготовлен специальный железокремниевый кристалл, для которого была разработана модель группой Рудольфа Шефера (Rudolf Schäfer). С его помощью исследователи решили проблему десятилетней давности.

Большинство магнитных материалов содержит сложную сеть магнитных доменов. Новый метод использует области на границе доменов – так называемые стенки. Внутри домена все магнитные моменты направлены одинаково, но в разных доменах векторы намагниченности направлены неодинаково. Так, на каждой доменной стенке направление магнитного поля изменяется. Исследователи использовали эти изменения для своего радиографического метода, в котором они применили нейтроны.

Нейтроны, проходящие через магнитные поля, слегка изменяют свое направление, примерно, как вода преломляет свет. Нейтроны на своем пути проходят через доменные стенки, которые отклоняют их в разных направлениях. Эти отклонения, однако, очень слабы и в типичном случае невидимы на нейтронных радиограммах, поскольку перекрываются неотклоненными пучками. Исследователи поэтому использовали несколько дифракционных решеток, для того чтобы отделить отклоненные пучки. В течение эксперимента они вращали образец и облучали его со всех направлений. С помощью этих отклоненных пучков они смогли вычислить все формы доменов и сгенерировать полный образ сети.

Магнитные домены являются важными для понимания свойств материала и законов физики. Они также играют важную роль в нашей повседневной жизни (жесткие диски, зарядные устройства, электрические машины и т.д.). При надлежащем выборе доменных свойств можно минимизировать электрические потери на доменных стенках, что приведет к более эффективным магнитным средам для хранения данных.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365