Spiralförmige Strahlen unterscheiden antiferromagnetische Zustände

29 (Nanowerk-Neuigkeiten) Mithilfe spiralförmiger Röntgenstrahlen, die an der Advanced Light Source (ALS) erzeugt wurden, unterschieden Forscher zwischen energetisch äquivalenten („entarteten“) Zuständen in einem antiferromagnetischen Gitter (Körperliche Überprüfung B., „Antiferromagnetische Realraumkonfiguration durch Dichroismus in gestreuten Röntgenstrahlen mit Bahndrehimpuls untersucht“). Die Arbeit zeigt das Potenzial dieser Strahlen, Eigenschaften zu untersuchen, die sonst unzugänglich wären, um Phänomene von grundlegendem Interesse besser zu verstehen und für Anwendungen wie z Spintronik. (a) In diesem Experiment wurden zirkular polarisierte Röntgenstrahlen durch eine Antiferromagnetanordnung mit einem Gitterdefekt gestreut, wodurch Spiralstrahlen mit Bahndrehimpuls (OAM) sowohl positiver als auch negativer Helizität erzeugt wurden. (b) Die resultierenden Beugungsmuster unterscheiden sich je nach Polarisation und Helizität des Strahls (ein Effekt, der als Dichroismus bekannt ist). Die Peaks mit einer Beugungsordnung (H) von +1 und -1 haben eine positive bzw. negative Helizität (ℓ). Jeder Peak weist einen halb positiven (rot) und halb negativen (blau) Zirkulardichroismus auf, wobei das Muster für entgegengesetzte Helizitäten umgekehrt ist. (Bild: Berkeley Lab)

Röntgenstrahlen mit dem gewissen Etwas

Röntgenexperimente sind ein wichtiges Werkzeug zum Verständnis der elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Materialien. Die Polarisation (dh die Richtung des oszillierenden elektromagnetischen Feldes) von Röntgenstrahlen wird häufig zur Untersuchung von Anisotropie oder Chiralität verwendet. Eine Eigenschaft von Röntgenstrahlen, die bisher noch nicht in Experimenten genutzt wurde, ist ihr Bahndrehimpuls (OAM). Röntgenstrahlen mit OAM haben eine azimutal variierende Phase, was bedeutet, dass sich die Phase bei der Ausbreitung der Röntgenstrahlen verdreht. Dies führt zu einem Gradienten im elektromagnetischen Feld, der dazu führen könnte, dass die verdrehten Photonen unterschiedliche Wechselwirkungen mit Materialien haben. Röntgenstrahlen mit OAM haben eine Helizität ℓ = ±1, was der Drehung der Phase im oder gegen den Uhrzeigersinn entspricht. Ähnlich wie Polarisation in Experimenten verwendet wird, kann OAM zur Untersuchung von Chiralität und Magnetismus sowie möglicherweise exotischeren Eigenschaften wie der Topologie verwendet werden. Es könnte auch die Auflösung von Röntgenbildgebungs- und Mikroskopietechniken verbessern. In dieser Arbeit zeigten Forscher, wie helizitätsabhängige Effekte in der resonanten Röntgenstreuung (RXS) genutzt werden können, um die magnetische Konfiguration eines Gitters zu untersuchen.

Verdrehtes Licht erzeugen

Eine Möglichkeit, Röntgenstrahlen mit OAM zu erzeugen, ist die Streuung an einem topologischen Defekt. Hier wurde ein quadratisches Gitter aus Permalloy-Nanomagneten auf einem Siliziumsubstrat synthetisiert. Zwei zusätzliche Nanomagnete wurden in die Mitte eingefügt, um einen topologischen Kantendefekt zu erzeugen. (a) Ein Rasterelektronenmikroskopbild des Nanomagnet-Arrays mit einem topologischen Defekt. (b) Die magnetische Konfiguration, gemessen mit PEEM XMCD, zeigt die antiferromagnetische Ordnung des Gitters. (Bild: Berkeley Lab) Bei ALS Beamline 11.0.1.1 wurde Photoemissionselektronenmikroskopie (PEEM) mit röntgenmagnetischem Zirkulardichroismus (XMCD) verwendet, um die magnetische Konfiguration abzubilden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Nanomagnete antiferromagnetisch ordnen, wobei die Magnetisierungsrichtung auf benachbarten Nanomagneten wechselt. Um zu untersuchen, was OAM-Strahlen über das antiferromagnetische Gitter verraten können, wurden RXS-Experimente mit zirkular polarisiertem Licht an der ALS Beamline 7.0.1.1 (COSMIC Scattering) durchgeführt. Die Streuung an den Nanomagneten erzeugte Strahlen mit sowohl positiver als auch negativer OAM-Helizität, und Zirkulardichroismus wurde verwendet, um Strahlen mit entgegengesetzter Helizität bei unterschiedlichen antiferromagnetischen Peaks zu vergleichen.

Helizitätsabhängige Streuung

Die Forscher fanden heraus, dass der Zirkulardichroismus ein ausgeprägtes Muster aufweist, das für Strahlen mit entgegengesetzter Helizität umgekehrt ist. Darüber hinaus bildet sich das antiferromagnetische Gitter in einem von zwei entarteten Grundzuständen aus, und der helizitätsabhängige Zirkulardichroismus kann zur Unterscheidung zwischen ihnen verwendet werden. Änderung des antiferromagnetischen Grundzustands. Beim Erhitzen auf 380 K und Abkühlen auf Raumtemperatur bildet sich zufällig einer von zwei antiferromagnetischen Grundzuständen. Hier ist der Raumtemperaturdichroismus für jeden der sechs thermischen Zyklen dargestellt. (Bild: Berkeley Lab) Da die beiden Grundzustände entartet sind, sollten sie sich mit gleicher Wahrscheinlichkeit bilden, wenn der Antiferromagnet erhitzt und auf Raumtemperatur gebracht wird. Um dies zu testen, wurde das Nanomagnet-Array wiederholt auf 380 K erhitzt und abgekühlt. Bei Raumtemperatur traten beide Konfigurationen mit etwa gleicher Wahrscheinlichkeit auf, wie man es für zufälliges thermisches Schalten zwischen zwei entarteten Grundzuständen erwartet. Dies ist eines der ersten Experimente, das zeigt, wie die Helizität des Lichts zur Untersuchung des Magnetismus genutzt werden kann. Informationen über die magnetische Konfiguration eines Gitters im realen Raum sind in solchen Experimenten normalerweise nicht zugänglich. Daher zeigt diese Arbeit das Potenzial von OAM-Strahlen zur Gewinnung von Informationen, die über das hinausgehen, was normalerweise in anderen Experimenten erhalten wird. Zu den vielversprechenden Zukunftsansätzen gehört die Verwendung von OAM-Strahlen in Resonanzbeugungsstudien herkömmlicher Antiferromagnete, in Nanobeugungsstudien von Domänenwänden und Defekten und, wenn ein OAM-Strahl zur Messung spezifischer Spin-Untergitter verwendet werden kann, zur direkten Messung von Spinströmen.

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• PlatoAiStream. Web3-Datenintelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• Die Zukunft prägen mit Adryenn Ashley. Hier zugreifen.
• Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62919.php