Próximamente en una mesa de laboratorio cerca de usted:un método de imágenes magnetotérmicas que ofrece una resolución de nanoescala y picosegundos que antes solo estaba disponible en instalaciones de sincrotrón.

Esta innovación en resolución espacial y temporal brindará a los investigadores vistas extraordinarias sobre las propiedades magnéticas de una variedad de materiales, desde metales hasta aislantes, todo desde la comodidad de sus laboratorios, potenciando potencialmente el desarrollo de dispositivos de almacenamiento magnético.

"La microscopía magnética de rayos X es un ave relativamente rara, "dijo Greg Fuchs, profesor asociado de física aplicada e ingeniería, quien lideró el proyecto. "Las microscopias magnéticas que pueden hacer este tipo de resolución espacial y temporal son muy pocas y distantes entre sí. Normalmente, tienes que elegir espacial o temporal. No puedes conseguirlos a ambos. Solo hay cuatro o cinco lugares en el mundo que tienen esa capacidad. Por lo tanto, tener la capacidad de hacerlo sobre una mesa realmente permite la dinámica de espín a nanoescala para la investigación ".

El papel de su equipo, "Magnetización a nanoescala e imágenes de corriente mediante microscopía magnetotérmica de sonda de barrido de resolución temporal, "publicado el 8 de junio en la revista de la American Chemical Society Nano letras . El autor principal es el investigador postdoctoral Chi Zhang.

El documento es la culminación de un esfuerzo de casi 10 años del grupo Fuchs para explorar imágenes magnéticas con microscopía magnetotérmica. En lugar de bombardear un material con luz, electrones o rayos X, los investigadores utilizan un láser enfocado en la sonda de exploración para aplicar calor a una franja microscópica de una muestra y medir el voltaje eléctrico resultante para obtener información magnética local.

Fuchs y su equipo fueron pioneros en este enfoque y, a lo largo de los años, han desarrollado una comprensión de cómo evolucionan los gradientes de temperatura en el tiempo y el espacio.

"Piensas que el calor es muy lento, proceso de difusión, "Dijo Fuchs." Pero de hecho, la difusión en escalas de longitud nanométrica tiene tiempos de picosegundos. Y esa es una idea clave. Eso es lo que nos da la resolución temporal. La luz es una onda y se difracta. No quiere vivir en estas escalas de longitud muy pequeñas. Pero el calor puede ".

El grupo ha utilizado previamente la técnica para obtener imágenes y manipular materiales antiferromagnéticos, que son difíciles de estudiar porque no producen un campo magnético, así como metales magnéticos y aislantes.

Si bien es bastante fácil enfocar un láser, el principal obstáculo ha sido confinar esa luz y generar suficiente calor en una escala nanométrica para que el proceso funcione. Y debido a que algunos fenómenos a esa escala ocurren con tanta rapidez, las imágenes deben ser igualmente rápidas.

"Hay muchas situaciones en el magnetismo en las que las cosas se mueven, y es pequeño. Y esto es básicamente lo que necesitas "Dijo Fuchs.

Ahora que han refinado el proceso y logrado con éxito una resolución espacial de 100 nanómetros y una resolución temporal por debajo de 100 picosegundos, el equipo puede explorar las minucias reales del magnetismo, como skyrmions, cuasi-partículas en las que se tuerce el orden magnético. Comprender este tipo de "texturas de giro" podría conducir a nuevas tecnologías de alta velocidad, tecnologías lógicas y de almacenamiento magnético de alta densidad.

Además del magnetismo, La dependencia de la técnica del voltaje eléctrico significa que puede usarse para medir la densidad de corriente cuando el voltaje interactúa con un material. Este es un enfoque novedoso, Dado que otras técnicas de imágenes miden la corriente midiendo el campo magnético que produce la corriente, no la corriente en sí.

La microscopía magnetotérmica tiene limitaciones. Dado que las muestras deben configurarse con contactos eléctricos, el material tiene que estar modelado en un dispositivo. Como resultado, la técnica no se puede aplicar a muestras a granel. También, el dispositivo y la sonda de exploración se deben escalar juntos. Entonces, si desea medir un fenómeno a nanoescala, la muestra debe ser pequeña.

Pero esas limitaciones son menores en comparación con los beneficios de una forma de microscopía magnetotérmica relativamente económica en su propio laboratorio.

"Ahora, la gente tiene que ir a una instalación pública, como una instalación de sincrotrón, para realizar este tipo de medidas, "Dijo Zhang." Escribe una propuesta, obtienes un tiempo de haz, y quizás tengas algunas semanas para trabajar, a lo mejor. Si no obtuvo el resultado que desea, entonces tal vez sea un par de meses más. Así que esto será un progreso para el campo ".