Forskere bruger magnetiske defekter til at opnå elektromagnetisk bølgegennembrud

Surfere bruger meget af deres tid på at se lange bølger komme ind på kystlinjen, mens de forsøger at fange en lige, da den begynder at krumme og knække.

På samme måde, forskere arbejder på at skabe snoede spiralformede elektromagnetiske bølger, hvis krumning tillader mere nøjagtig billeddannelse af de magnetiske egenskaber af forskellige materialer på atomniveau og muligvis kan føre til udviklingen af ​​fremtidige enheder.

Når videnskabsmænd bruger elektronstråler til at se på prøver af materialer, de har evnen til at modificere mange forskellige aspekter af de elektromagnetiske bølger, der udgør strålen. De kan gøre bølgernes amplitude større eller mindre, eller gør bølgerne hurtigere eller langsommere. Imidlertid, indtil nu har der ikke været nogen nem måde at forvandle en plan bølge - som de lange rullende bølger ude på havet - til en skrueformet bølge, som dem, der styrter på land.

I en ny undersøgelse fra det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory, forskere har skabt små områder af magnetiske defekter lavet af magnetiske øer i nanoskala samlet i et gitter. Planbølgerne interagerer med disse defekter, derved genererer spiralformede bølger.

"Vi leder efter bølger med en slags perfekt krølle, og for at skabe krøllen skal vi give dem noget at styrte ind i, som i vores tilfælde er magnetiske monopoler, " sagde Argonne-materialeforsker Charudatta (C.D.) Phatak.

Grunden til, at forskere er så interesserede i spiralformede bølger, er, at de har en egenskab kaldet orbital vinkelmoment. At kende kredsløbsvinkelmomentet af en elektronstråle gør det muligt for forskere at undersøge den magnetiske opførsel af materialer på atomniveau ved at bestemme en atomegenskab kaldet det magnetiske moment.

"Hvis vi kan se materialets magnetiske momenter, vi kan bygge en beskrivelse af materialets samlede magnetiske egenskaber, og hvordan materialet vil manifestere dets elektroniske og magnetiske egenskaber, " sagde Phatak.

På denne måde den omdannede elektronstråle kunne være nyttig til at studere materialer, hvor spin og magnetisering spiller en afgørende rolle, potentielt bane vejen for nye former for elektronisk udstyr.

At have adgang til informationen kodet af orbitalt vinkelmoment vil også give videnskabsmænd mulighed for bedre at forstå nuancerne af chirale materialer, som har en slags venstre- eller højrehåndethed, der bestemmer deres egenskaber.

Gitteret af defekter kan indsættes i ethvert transmissionselektronmikroskop for at give en direkte måde at afbilde prøven på. "Folk tænker normalt ikke på at ændre selve bjælkeprofilen på denne måde, " sagde Phatak.

I den næste fase af eksperimentet, Phatak forklarede, at forskerne måske forsøger at erstatte gitteret af magnetiske øer med solenoider, eller trådspoler, der kan fungere som elektromagneter. Brug af solenoider ville tillade skabelsen af ​​mere præcist indstillede magnetiske defekter. "Lige nu, på grund af arrangementet af det magnetiske gitter, vi kan kun skabe defekter med en kumulativ magnetisering på to eller fire, men solenoider ville tillade os at have et meget bredere udvalg af magnetiseringstilstande, " sagde Phatak.

Et papir baseret på undersøgelsen, "Direkte bevis på topologiske defekter i elektronbølger på grund af lokaliseret magnetisk ladning i nanoskala, " optrådte i onlineudgaven den 22. oktober af Nano bogstaver .